حقایقی عجیب از مرموزترین جرم کیهان!

به گزارش گروه وبگردی باشگاه خبرنگاران جوان، خبر ساعت ۵:۳۰ عصر چهارشنبه ۲۱ فروردین ماه کوتاه بود و یک عکس داشت. عکسی شبیه یک دونات نارنجی در پس زمینه‌ای سیاه رنگ. همیشه درباره‌اش می‌گفتند، چون تاریک است، قابل مشاهده نیست. فکر نمی‌کردیم هیچ وقت هیچ عکسی از آن ثبت بشود، اما حالا همین عکس شده است شانس جدی دریافت نوبل فیزیک امسال. سیاهچاله‌ها همیشه به دلیل ماهیت مرموز و ناشناخته‌شان مورد بحث و پرسش بوده‌اند. مفهومی که خیلی‌ها، آن را بیشتر تخیلی و نه علمی می‌دانستند و هر وقت نامی از آن می‌شنیدند، خرده می‌گرفتند که درباره چیزی که حتی دیده نمی‌شود چطور این همه نظریه و حرف وجود دارد.

تا امروز تمام تصاویری که از سیاهچاله‌ها در اینترنت پیدا می‌شد، تصاویر شماتیکی بود که با اطلاعات دانشمندان و تخیلات گرافیست‌ها شکل گرفته بود. عکس‌هایی خوش آب و رنگ از چیزی که «اینشتین» و «استیون هاوکینگ» درباره‌اش حرف‌ها و نظریات زیادی داشتند. حالا، اما این تصویر تار و کم رنگ شاید به اندازه تصویر‌های ساختگی توجه‌مان را جلب نکند، اما واقعی‌ترین چیزی است که از سیاهچاله‌ها داریم. تصویری که از آن در آستانه پنجاه و هشتمین سالگرد فتح فضا توسط انسان به دست آمد و احتمالا مقدمه‌ای برای کشف شگفتی‌های جدید درباره کیهان خواهد بود. ۵۸ سال پیش در این روز‌ها بشر توانست به فضا برود و حالا عکسی از رمزآمیزترین جرم کیهان گرفته است. در این پرونده درباره سیاهچاله‌ها، ماهیت‌شان و تلسکوپ‌هایی که توانستند این عکس مهم و تاریخی را ثبت کنند برای شما می‌گوییم.

ما چه زمانی و چطور سیاهچاله‌ها را شناختیم؟

در حقیقت سیر کشف سیاهچاله‌ها طوری بود که خود دانشمندان را دچار حیرت کرد. مفهوم جسمی که آن قدر پرجرم است که حتی نور هم نمی‌تواند از جاذبه‌اش بگریزد، نخستین بار از سوی زمین‌شناسی به نام «جان میشل» در سال ۱۷۸۳ مطرح شد. در آن زمان مفهوم نظریه گرانش نیوتن و مفهوم سرعت فرار شناخته شده بود. طبق محاسبات «میشل» اگر جسمی را با شعاع خورشید، اما چگالی پنج هزار برابر فرض کنیم آن گاه دقیقا یک سیاهچاله داریم.

نام گذاری که برازنده سیاهچاله است!

به عبارتی برای تبدیل شدن یک ستاره به سیاهچاله لازم است مواد بر اثر گرانش شدید و فروریزش، در ابعاد بسیار کوچکی قرار گیرند. این اندازه و ابعاد، محاسبات مشخصی دارد. در این حالت سطح جسم بسیار سنگین و چگال سرعت فرار بیشتر از سرعت نور خواهد بود بنابراین غیرقابل مشاهده است. به معنای ساده‌تر نور هم نمی‌تواند از آن فرار کند و جذب گرانش شدید سیاهچاله می‌شود. پس با یک جسم سیاه مرموز طرف هستیم که نامش واقعا برازنده‌اش است! بعد از آن یک ریاضی دان در کتاب خودش از خواص احتمالی اجرام بسیار چگال گفت در حالی که جامعه علمی به آن اعتنایی نکرد، چون فیزیک دان‌ها نمی‌توانستند درک کنند که نور که یک موج و بدون جرم است، چگونه ممکن است تحت تأثیر نیروی گرانش قرار گیرد. کم کم با پا گذاشتن نظریه نسبیت عام آلبرت اینشتین به عرصه علم، دانشمندان توانستند برای سیاهچاله‌ای که به شدت برای‌شان مبهم بود، خواص و ویژگی‌های مشخصی تعریف کنند. بعد از آن در سال ۱۹۶۰ با کمک ریاضی‌دان‌ها و فیزیک دان‌ها بالاخره مشخص شد که واقعا سیاهچاله‌ها وجود دارند و خواصی که برای‌شان پیش‌بینی شده بود، درست است.

مورد عجیب ستاره‌های کهنسال و سنگین وزن

سیاهچاله‌ها هر قدر هم حیرت‌آور و شگفت‌انگیز باشند، اما باید باور کنید که زمانی برای خودشان ستاره‌ای بوده اند. افرادی که کمی با دنیای نجوم آشنا هستند، می‌دانند ستاره‌ها هم مثل ما آدم‌ها زندگی می‌کنند یعنی متولد می‌شوند، دوره کودکی و نوجوانی را پشت سر می‌گذارند بیشترین سال‌های زندگی شان در دوره جوانی می‌گذرد و کم کم می‌افتند توی سرازیری عمرشان و میان‌سالی و پیری را تجربه می‌کنند. فقط نکته مهم این جاست که دوره‌های مختلف زندگی‌شان و این که عمرشان چقدر باشدو چطور بگذرد به جرم‌شان بستگی دارد. اگر سنگین وزن باشند و پر جرم، سال‌های پایانی حیات‌شان بسیار پر حادثه و هولناک است. ستاره‌ها، راکتور‌های همجوش عظیمی هستند که در خود می‌جوشند و به دو دلیل تمایل بسیار زیادی برای فروپاشی دارند؛ به شدت بزرگ هستند و از گاز تشکیل شده اند. این دو عامل کافی است تا میدان گرانشی شدیدی شکل بگیرد و ستاره را از درون منهدم کند. بار دیگر که خورشید را در آسمان دیدید، به این فکر کنید که همان لحظه در سطح خورشید میلیون‌ها اتم در حال همجوشی با یکدیگر هستند تا هسته اتم‌های سنگین‌تر را بسازند و هر چه این فعالیت ادامه می‌یابد، خورشید پیرتر و پیرتر و به روز‌های نهایی عمرش نزدیک‌تر می‌شود تا در نهایت سوخت اش تمام شود. به محض این‌که ستاره از پای در می‌آید، واکنش همجوشی هسته‌ای متوقف می‌شود چراکه سوخت مد نظر دیگر تمام شده و چیزی برای سوختن و انفجار وجود ندارد. در همین حال، نیروی انفجاری به صفر می‌رسد، اما نیروی جاذبه سر جای خود باقی است؛ بنابراین با قدرت هرچه تمام‌تر ستاره را به درون می‌کشد. وقتی ستاره فشرده می‌شود، به تدریج داغ و منفجر می‌شود که طی آن مواد و اشعه‌ها به درون فضا پرتاب می‌شوند. آن چه باقی می‌ماند، هسته‌ای بسیار فشرده و عظیم است. گرانش هسته به قدری بالاست که حتی نور هم نمی‌تواند از آن فرار کند.

چند عدد جالب درباره سیاهچاله تازه کشف شده

۸ تلسکوپ، ۷ سال تلاش و یک عکس

نظریه نسبیت عام اینشتین پیش‌بینی کرده بود که یک جرم به اندازه کافی فشرده شده، می‌تواند سبب تغییر شکل و خمیدگی فضا-زمان و تشکیل سیاهچاله شود. مرز این ناحیه از فضا – زمان را که هیچ چیزی پس از عبور از آن نمی‌تواند به بیرون برگردد، افق رویداد می‌نامند. عکس خبرساز این روز‌ها هم از دل پروژه افق رویداد بیرون آمد که اطلاعاتی درباره این پروژه خواهید خواند.

۷-هفت سال داده‌گیری از مرکز کهکشان همسایه: پروژه عکس‌برداری از سیاهچاله‌ها از سال ۲۰۱۲ با هدف مشاهده مستقیم آن‌ها شروع شد. ابتدای کار، دو سیاهچاله برای تصویربرداری مد نظر بودند. یکی سیاهچاله موجود در مرکز کهکشان راه شیری و دیگری سیاهچاله واقع در مرکز کهکشان همسایه به نام M۸۷، اما به دلیل فعالیت شدید سیاهچاله مرکز کهکشان راه شیری امکان تصویربرداری آن وجود نداشت؛ بنابراین سیاهچاله M۸۷ در محوریت پروژه قرار گرفت.

۶.۵-شش و نیم میلیارد برابر جرم خورشید: تلسکوپ افق رویداد، یک آرایه بزرگ تلسکوپی در کشور‌های مختلف جهان است که برای این پروژه تدارک دیده شده بود. داده‌های به دست آمده در این پروژه چیزی در حدود پنج میلیون گیگابایت بود که از تلسکوپ‌هایی در آریزونا، هاوایی، شیلی، مکزیک، اسپانیا و قطب جنوب به دست آمده بود. سیاهچاله‌ای که بالاخره تصویرش ثبت شد، حدود ۶.۵ میلیارد برابر خورشید جرم دارد.

۲- دو رنگ با دو مفهوم متفاوت: بخش روشن‌تر به رنگ نارنجی، نشان دهنده موادی است که در دام گرانش سیاهچاله گرفتار شده اند، ناحیه‌ای قرص مانند از گاز داغ چرخان به گرد سیاهچاله. این تصویر شاید در نگاه اول بسیار غیر واضح و معمولی به نظر برسد، اما طبق گفته «کارلوس موداس» مدیر پروژه افق رویداد، تاریخ علم و انسان شناسی به دو دوره قبل و بعد این تصویر تقسیم می‌شود.

۴۰-چهل میلیارد کیلومتر قطر سیاهچاله: قطراین سیاهچاله نزدیک به ۴۰ میلیارد کیلومتر است، چیزی در حدود سه میلیون برابر قطر زمین. این ابعاد از کل منظومه شمسی ما هم بزرگ‌تر است که باور کردنش هم سخت است! تصویر به دست آمده از سیاهچاله مرکز کهکشان، بخشی سیاه رنگ دارد که دقیقا همان مرز افق رویداد و خود سیاهچاله است.

دکتر «شهرام عباسی»، عضو هیئت علمی گروه فیزیک و نجوم دانشگاه فردوسی از اهمیت این عکس می‌گوید.

معمایی که برای همه جذاب بود

احتمالا هر فردی بعد از دست به دست شدن پیوسته این عکس در شبکه‌های اجتماعی و تکرارش در اخبار و روزنامه‌ها، از خود می‌پرسد چرا باید یک عکس از جرم آسمانی تا این حد مهم باشد؟ چه فرقی می‌کند که سیاهچاله‌ها دقیقا چه شکلی هستند و چقدر ضروری است که ما تصویری واقعی از آن‌ها داشته باشیم یا یک تصویر شماتیک. در گفت‌و‌گوی کوتاهی با یک اخترفیزیک دان سعی کردیم به این پرسش‌ها پاسخ دهیم. دکتر «شهرام عباسی»، عضو هیئت علمی گروه فیزیک و رئیس دانشکده علوم دانشگاه فردوسی و عضو هیئت مدیره انجمن نجوم ایران، اغلب تحقیقات و پروژه‌های علمی‌اش را در زمینه قرص‌های گازی چرخان اطراف سیاهچاله‌ها انجام داده است و مقالات علمی زیادی در این زمینه تألیف کرده است. در مصاحبه‌ای که در ادامه خواهید خواند، او برای مان از اهمیت اولین تصویر منتشر شده از سیاهچاله‌ها می‌گوید.

چرا سیاهچاله‌ها برای دانشمندان مهم هستند؟

از زمانی که تئوری سیاهچاله‌ها مطرح شد، به دلیل شگفتی و ابهامی که داشت، برای همه شاخه‌های فیزیک مهم بود. این که یک جرم در فضا وجود داشته باشد که اطلاعات از آن بیرون نمی‌آید و حتی نور و جرم هم درون آن می‌افتند و مجالی برای خروج ندارند، بسیار جذاب و معماگونه بود. از بُعد اخترفیزیکی و کیهان شناختی این که در مرکز کهکشان جرم ماده‌ای از میلیون‌ها تا میلیارد‌ها برابر بقیه کهکشان باشد، قابل توجه بود. از روی شواهد رصدی و حرکت جرم فوق سنگین در مرکز کهکشان خودمان و همچنین این که ستاره‌ها حول مرکز کهکشان می‌چرخند، به نظر می‌رسید در آن بخش باید جرم بسیار سنگینی وجود داشته باشد. دهه ۶۰ و ۷۰ میلادی با گسترش نجوم رادیویی و پرتو ایکس، با دیدن مرکز کهکشان گاز بسیار داغی را مشاهده کردند. در مشاهدات بعدی موادی را دیدند که به سمت بیرون پرتاب می‌شوند. امروز می‌دانیم موادی که از بالا و پایین هسته مرکزی کهکشان به بیرون پرتاب می‌شوند، همان جت‌های اخترفیزیکی هستند. در دهه ۷۰ و ۸۰ قرص‌های گازی اطراف سیاهچاله‌ها به طور غیر مستقیم رصد شدند، اما هنوز تصویری از خود سیاهچاله‌ها به دست نیامده بود. چون سیاهچاله‌ها تاریک هستند و تا آن زمان فقط به واسطه آ‌ثارشان قابل بررسی بودند. برای درک بهتر این موضوع فرض کنید سیاهچاله شبیه یک موجود نامرئی باشد که با یک لباس بیرون می‌آید. در حقیقت سیاهچاله‌ها مثل یک شبح هستند و قرص‌های گازی اطراف‌شان حکم همان لباس را دارند.

چطور به کمک چند تلسکوپ یک عکس نهایی از سیاهچاله به دست آمد؟

محاسبات دانشمندان نشان می‌داد برای ثبت تصویر از یک سیاهچاله با تلسکوپ‌های روی زمین نیاز است که تلسکوپی با قطر دهانه‌ای به اندازه قطر کره زمین داشته باشیم. همین شد که مهندس‌ها و اخترفیزیک‌دان‌ها آرایه تلسکوپ رادیویی «افق رویداد» را آماده کردند و تلاش‌ها برای ثبت یک تصویر واقعی از سیاهچاله‌ها شروع شد. در این پروژه از روش تداخل سنجی برای ترکیب داده‌ها استفاده شد و تقریبا همان توان تفکیکی به دست می‌آمد که به لحاظ نظری برای ثبت تصویر از افق رویداد سیاهچاله انتظار می‌رفت.

هدف اصلی ثبت عکس از یک سیاهچاله چه بود، آیا این عکس قرار است اطلاعات خاصی به ما بدهد؟

این تصویر از این نظر برای بشر اهمیت دارد که اولین تصویر واقعی از یک سیاهچاله است و نه یک تصویر شبیه سازی شده یا یک تصویر غیر مستقیم از این جرم مرموز. چند سال پیش «کیپ تورن» اختر فیزیک دان سرشناس و «کریستوفر نولان» کارگردان معروف در آمریکا سعی کردند در فیلم «میان ستاره‌ای» شرایط داخل یک سیاهچاله را شبیه سازی کنند، به این خاطر که مفهوم سیاهچاله و اتفاقاتی که در داخل آن می‌افتد همیشه مورد توجه دانشمندان و عموم مردم بوده است. اندکی پیشتر «استیون هاوکینگ» بار‌ها در سخنرانی‌ها و نظریاتش درباره امکان ورود به سیاهچاله صحبت کرده بود. این سوال مهم که در سیاهچاله چه خبر است، هنوز هم برای بشر جذاب است و به دست آوردن یک تصویر از سیاهچاله می‌تواند مقدمه‌ای برای کشف اطلاعات جالب دیگر باشد. مشاهده آثار لنز گرانشی تاییدی است بر نظریه نسبیت عام اینشتین و رصد مستقیم سیاهچاله‌ها از صحت این نظریه حکایت دارد. نکته مهم دیگر این است که در جایی که تئوری‌ها پیش‌بینی می‌کرد سیاهچاله وجود دارد، یعنی در مرکز کهکشان‌ها واقعا سیاهچاله دیده شده است و این توافق تئوری و رصد را نشان می‌دهد.

منبع:خراسان

چهره نگاری از مرموزترین جرم کیهان