تصویربرداری از سایه‌ی سیاه‌چاله
مجله علمی ایلیاد - در حالی که من در حال نوشتن این مقاله هستم، تعدادی از رادیو تلسکوپ‌ها که در سرتاسر زمین پخش شده‌اند، به‌عنوان ابزاری غول‌پیکر در تلاش برای تصویربرداری از سیاه‌چاله‌ای اَبَرپرجرم هستند که در مرکز کهکشان‌مان قرار دارد. این تصویربرداری به هیچ‌وجه کار آسانی نیست. بنا به تعریف، سیاه‌چاله بسیار متراکم است و کشش گرانشی در آن به‌قدری قوی است که حتی نور نمی‌تواند از محدوده‌ی آن خارج شود. بنابراین چگونه می‌توان جرمی که نمی‌تواند نور ساطع کند و نور منعکس نمی‌کند را مشاهده کرد؟ با جستجوی سایه‌ی آن؛ و این دقیقاً همان کاری است که تلسکوپ افق رویداد در حال انجام آن است.
سیاه‌چاله‌های فراوان
سیاه چاله‌ها اجرام معمول در جهان هستند. ما فکر می‌کنیم عمر هر ستاره‌ای با حداقل جرمی ۳۰ برابر جرم خورشیدمان به‌شکل سیاه‌چاله به پایان می‌رسد. هزارها و هزارها ستاره با این ابعاد فقط در کهکشان راه شیری ما زندگی می‌کنند. بنابراین سیاه‌چاله‌های ابرپرجرمِ واقعاً غول‌پیکری در این کهکشان وجود دارد. مرکز هر کهکشان بزرگ یکی از این سیاه‌چاله‌ها را در خود دارد و جرم هر کدام میلیون‌ها تا میلیاردها برابر جرم خورشیدمان است.
کل جرم سیاه‌چاله‌ی ابرپرجرم کهکشان‌مان که «قوس-*A» نامیده می‌شود، به شدت در هم فشرده می‌شوند و تراکم آن به‌قدری می‌شود که درون مدار سیاره‌ی زحل قرار می‌گیرد. اگر در مورد ابعاد این سیاه‌چاله کنجکاو هستید، باید بدانید که عرض آن حدود ۲۰ میلیون کیلومتر است، حدود ۲۰ میلیونیوم یک آرک‌ثانیه در آسمان به نظر می‌رسد (آرک‌ثانیه واحدی است که کیهان‌شناسان برای اندازه‌گیری زاویه در آسمان استفاده می‌کنند.). اگر محاسبات من درست باشد، این سیاه‌چاله تا حدی شبیه اندازه‌ی یک توپ گلف روی سطح ماه، از دید ما در سطح زمین به نظر خواهد رسید. قوس-*A باریکه‌ی کوچکی از آسمان را اشغال می‌کند؛ اما کیهان‌شناسان گمان می‌کنند به‌هم پیوستن رادیو تلسکوپ‌های مستقر در شیلی، هاوایی، آریزونا، قطب جنوب و کوهستان آلپ، به علاوه‌ی تعدادی دیگر از تلسکوپ‌ها این امکان را برای آن‌ها فراهم می‌سازد تا جزئیات دقیق کافی برای تصویربرداری سایه‌ی سیاه‌چاله برخلاف نور زمینه را رصد و ثبت کنند.
نیروی گرانش سیاه‌چاله بر روی نوری که از نزدیکی آن می‌گذرد تاثیر می‌گذارد؛ این نور آن‌قدر به سیاه‌چاله نزدیک نیست که درون آن بیافتد و تنها از مسیر خود منحرف می‌شد. بنابراین این نور منحرف شده به سمت توده‌ی غیرقابل دیدن، می‌پیچید. می‌توان این وضعیت را با زمانی مقایسه کرد که ما از طریق پنجره‌های قدیمی به مجموعه‌ای از لامپ‌های کنار هم، نگاه می‌کنیم. مکان‌هایی که شیشه‌ی بیشتری دارد نورهای زمینه را بیشتر از مناطقی که شیشه کمتری دارند تحت تاثیر قرار می‌دهد و منحرف می‌کنند. نوری که اطراف مرز بدون بازگشت سیاه‌چاله می‌پیچد، به ترسیم طرح آن منطقه‌ی افق رویداد منجر می‌شود. هر کدام از تلسکوپ‌ها در این آرایه زمینی کامل، طول موج یا رنگ خاصی از نور (۱.۳۰ میلی‌متر) را بررسی می‌کنند. این نور با مداخله‌ی گاز یا گرد و غبار متوقف نمی‌شود، بنابراین تمام خوشه‌های ستاره‌ای و سحابی‌ها که بین قوس-A* و زمین قرار می‌گیرند، مانعی برای این منظره نخواهند بود.
تلسکوپ افق رویداد در چند سال گذشته، چندین بار به مرکز راه شیری متمرکز بوده است و گاز داغ را در آشوب بسیار نزدیک به سیاه‌چاله مشاهده کرده است. این مشاهدات جدید، که اخیراً آغاز شده و ۱۰ روز نیز به‌طول انجامیده، برخی از قدرتمندترین رادیو تلسکوپ‌های روی زمین را شامل می‌شود. تلسکوپ قطب جنوب و آلما ALMA مستقر در شیلی، به این آرایه پیوستند. دانشمندان در انتظار نتایج خیره‌کننده‌ای هستند. سال گذشته، در گردهمایی زمستانی جامعه کیهان‌شناسان آمریکایی، «فریال اوزل» عضو تیم تلسکوپ افق رویداد، گفت: «کیهان‌شناسان انتظار دارند اندازه‌ی قوس-*A را با دقت ۴ درصد اندازه بگیرند. آن‌ها قادر خواهند بود که آشوب را درست خارج از سیاه‌چاله، یعنی منطقه‌ای که میدان‌های مغناطیسی و حداکثر اختلافات گرانش در آن یافت می‌شود، مطالعه کنند. طبق آخرین اخبار منتشر شده از رصدخانه‌ی جنوبی اروپا که یکی از چندین شرکایی پروژه‌ی آلما است، ما اواخر امسال می‌بایست منتظر نخستین نتایج باشیم.
اما این تمام داستان نیست. سیاه‌چاله‌ی ابرپرجرم ما نسبتاً آرام است؛ اما بسیاری از سیاه چاله‌های دیگر این چنین نیستند. آن‌ها به گونه‌ای فوران‌هایی از مواد پرتاب می‌کنند که تقریباً با سرعت نور حرکت می‌کنند و این فوران‌ها قادر هستند به گاز موجود در اطراف کهکشان خانه‌شان انرژی بخشند. از طرفی ما واقعاً نمی‌دانیم چگونه این فوران‌ها شکل می‌گیرند. ما تا به حال به اندازه‌ی کافی از نزدیک افق رویداد سیاه‌چاله‌ی فعال را ندیده‌ایم تا بتوانیم چنین اطلاعاتی را به‌دست بیاوریم. خوشبختانه، کهکشانی در اطراف ما وجود دارد که ممکن است تنها پاسخ را داشته باشد.
کهکشان M87 در فاصله‌ی ۵۵ میلیون سال نوری از ما قرار دارد. در این فاصله، شما انتظار ندارید سیاه‌چاله‌ی مرکزی آن قابل رویت باشد، اما این سیاه‌چاله، سیاه‌چاله‌ای عظیم‌الجثه‌ی ابرپرجرم است که حدود هزار برابر غول‌پیکرتر از سیاه‌چاله‌ی راه شیری است. این به این معنا است که افق رویداد آن نیز بزرگتر است. محاسبات نشان می‌دهد که سیاه‌چاله‌ی ابرپرجرم فعال کهکشان M87 حدود نصف اندازه‌ی قوس-*A در آسمان به نظر برسد. بسته به اینکه تلسکوپ افق رویداد و مجموعه نرم‌افزارهای کامپیوتری‌اش چقدر خوب بتوانند از قوس-*A تصویربرداری کنند و آن را تجزیه و تحلیل کنند، ما نیز ممکن است در آینده‌ای نه چندان دور بتوانیم نگاهی گذرا به سیاه‌چاله‌های ابرپرجرم فعال داشته باشیم.
نوشته: لیز کرایسی
ترجمه: مینا آذری - مجله علمی ایلیاد