نخستین تصویر سیاه‌چاله فضایی چگونه به ثبت رسید؟

نخستین تصویر از یک سیاه‌چاله فضایی موسوم به “ساگیتاریوس A ” توسط گروهی از دانشمندان گرفته شده است.

این سیاه‌چاله فضایی ۴۰ میلیارد کیلومتر قطر دارد که سه میلیون برابر قطر زمین است و توسط دانشمندان به “هیولا” تشبیه شده است.

سیاه‌چاله فضایی شکار شده توسط دوربین ستاره شناسان در ۵۰۰ میلیون تریلیون کیلومتری کره‌زمین قرار دارد و تصویرش توسط شبکه‌ای از هشت تلسکوپ در سراسر جهان ثبت شده است.

جزئیات ثبت تصویر سیاه‌چاله فضایی

جزئیات این دستاورد بزرگ یعنی چگونگی ثبت نخستین تصویر از یک سیاه‌چاله فضایی را در این نوشتار مرور می کنیم. با ما همراه باشید.

بیش از ۱۰۰ سال پیش اینشتین نشان داد که گرانش چگونه می‌تواند به صورت اعوجاجی از فضا – زمان نشان داده شود معادلات او ثابت کرد که یک شیء با جرم کافی و اندازه کوچک می تواند در پس یک افق رویداد پنهان شود. نقطه ای با گرانشی آن چنان زیاد که حتی نور نیز نمی تواند از آن بگریزد.

اخترشناسان اکنون مطمئن شده‌اند که این اجرام با عنوان سیاه‌چاله فضایی وجود دارند. آن ها تقریبا در مرکز هرکهکشانی یافت می‌شوند و در آن به اندازه ای رشد می کنند که به جرمی معادل میلیون ها تا میلیاردها برابر جرم خورشید برسند.

  ثبت تصویر سیاه‌چاله فضایی با تلسکوپ افق رویداد

 تا پیش از این رویداد اخترشناسی تاریخی، ما هرگز چیزی به نام سیاه‌چاله فضایی را ندیده بودیم. تلسکوپ افق رویداد یا ای اچ تی اولین آزمایشی بود که با هدف تصویر برداری از یک سیاه‌چاله فضایی طراحی شد که با موفقیت در آن ای اچ تی می توانست درستی نظریه اینشتین را در مورد گرانش بیازماید. آن هم در یکی از دور از دسترس ترین نقاط جهان یعنی افق رویداد.

ویژگی های سیاه‌چاله فضایی

 بهترین فرصت ما برای تصویربرداری از  افق رویداد سیاهچاله کلان جرمی بود که در مرکز کهکشان راه شیری واقع شده است. این سیاه‌چاله فضایی ، جرمی چهار میلیارد برابر خورشید دارد و به حدی دور است که نقشه برداری از افق رویداد آن، مانند آن است که در نیویورک بایستیم و سعی کنیم حفره های یک زمین گلف را در لس‌آنجلس بشماریم.

 جریان گاز وارد شده به این سیاه‌چاله فضایی میلیاردها درجه دما دارد که باعث می شود افق رویداد مانند شبحی به نظر برسد که نظریه انیشتین قبلا ابعاد و شکل آن را پیش بینی کرده بود. بهترین حالت ممکن آن است که این شبح را در طول موجی در حدود یک میلیمتر رصد کنیم. یعنی؛ زمانی که گاز ها کاملاً درخشان به نظر می رسند و نور می تواند بدون هیچ محدودیتی از مرکز کهکشان به تلسکوپ‌های ما در زمین برسد.

 در نزدیکی سیاه چاله امواج نور مانند امواج آب روی دریاچه به نظر می رسند؛ اما در زمانی که این نور به زمین می رسد به شکل امواج تخت در خواهد آمد. تصویر برداری از سیاه‌چاله فضایی در این طول موج نیازمند تلسکوپی به بزرگی زمین ماست.

پروژه ای اچ تی برای ثبت تصویر سیاه‌چاله فضایی

پروژه ای اچ تی از مجموعه ای از ماهواره ها در سراسر جهان استفاده کرد تا بتواند تلسکوپی با چنین ابعادی را شبیه سازی کند. هر بشقاب تلسکوپ امواج رادیویی واصله از نزدیکی این سیاهچاله را جمع آوری و ثبت می کند سپس این داده ها برای تولید تصویر یکپارچه از یک سیاه چاله ترکیب می شود و این کار در صورتی ممکن است که بشقاب ها به دقت همگام شده باشند.

 برای درک این قضیه اجازه دهید از مثال یک آینه مورد استفاده در تلسکوپ های اپتیکال استفاده کنیم. تصور کنید که تمام بشقاب های ای اچ تی به منزله اجزای یک آینه محدب بزرگ باشد؛ این آینه به گونه ای ساخته شده است که وقتی یک موج به ماهواره ها می رسد، در زاویه های مشخص بازتاب می شود و در یک زمان در نقطه کانونی به هم می رسند.

 وقتی ماهواره های ای اچ تی با یکدیگر هم گام می شوند، داده های ثبت شده از سوی آن ها می‌توانند بعدا به همان شکل که در آینه نور را متمرکز می کنند، در کنار یکدیگر قرار گیرند. حال چنانچه سطح این آینه ها کاملا پایدار نباشند مثلا در حال ارتعاش باشند، نور منعکس شده هم نمی‌تواند به درستی در کانون متمرکز شود.

میزان داده های ضبط شده توسط ساعت های اتمی

 در مورد ای اچ تی سطح ناپایدار آینه به معنای ضبط ناپایدار است. برای تضمین این پایداری از ساعت های اتمی بهره گرفته شد که تنها خطایی به اندازه یک ثانیه در هر یک صد میلیون سال دارند. میزان داده ضبط شده طی این مشاهده به قدری زیاد بود که امکان انتقال آن از طریق اینترنت وجود نداشت. به جای آن اطلاعات روی هارد دیسک ذخیره و به تأسیسات مرکزی فرستاده شدند تا پردازش شوند در آنجا یک ابررایانه اطلاعات تمامی داده های سایت ها را با یکدیگر ترکیب کرد و در حین بازپخش، تغییر زمانی میان امواج رسیده در تلسکوپ اصلاح شد تا اطلاعات نهایی در ادامه برای تولید یک عکس با قدرت بزرگنمایی فوق العاده به کار گرفته شوند. هرچه تعداد تلسکوپ‌های به کار گرفته شده بیشتر باشند و در فواصل بیشتری قرار داده شوند، تصویر افق رویداد نیز دقیق تر خواهد بود.

در آوریل ۲۰۱۷ ای اچ تی نسبت به هماهنگ کردن رصدهای صورت گرفته از سیاه چاله مرکزی کهکشان راه شیری با استفاده از مجموعه ای جهانی از تلسکوپ ها اقدام کرد و یک تیم بین المللی از منجمان، داده ها را آنالیز کردند تا تصویری از سیاه چاله را برای اولین بار به دست آورند. این نتایج می‌توانند درک ما را نسبت به سیاهچاله ها، گرانش و کل جهان متحول کنند.