پاسخ به سوالات متداول درباره‌ی ثبت اولین عکس از یک سیاهچاله
چهارشنبه‌ی گذشته خبر ثبت اولین تصویر از یک سیاهچاله اعلام شد. اعلام این خبر و بازتاب گسترده‌ی آن در رسانه‌ها سوالات زیادی را در ذهن علاقه‌مندان ایجاد کرد. در این مطلب به برخی از مهم‌ترین پرسش‌ها پاسخ داده‌ایم.
سیاهچاله چیست؟
سیاهچاله‌ها اجرام بسیار چگال و فشرده‌ای هستند که گرانش بسیار قدرتمندی دارند. به حدی که حتی نور، سریع‌ترین موجود عالم، نمی‌تواند از دام گرانش آن بگریزد. سیاهچاله‌ها انواع مختلفی دارند. سیاهچاله‌های ستاره‌ای پس از مرگ ستاره‌های پرجرم ایجاد می‌شوند و جرم‌شان تنها چند برابر جرم خورشید است. دسته‌ای دیگر از سیاهچاله‌ها که به ابرسیاهچاله‌ها معروف هستند جرمی معادل میلیون‌ها و حتی میلیاردها برابر جرم خورشید دارند. ابرسیاهچاله‌ها در مرکز کهکشان‌های بزرگ قرار دارند.
پیش از ثبت این عکس چگونه از وجود سیاهچاله‌ها اطمینان داشتیم؟
مفهوم سیاهچاله برای اولین بار پس از حل معادلات نظریه‌ی نسبیت عام اینشتین در سال ۱۹۱۵ میلادی وارد دنیای فیزیک شد. سال‌ها بعد شواهدی غیرمستقیم از وجود سیاهچاله‌ها (مانند اثرات گرانشی) آشکار شد. در سال ۲۰۱۵ رصدخانه‌ی امواج گرانشی لایگو (LIGO) برای اولین بار شواهدی مستقیم از وجود سیاهچاله‌ها را در محدوده‌ی امواج گرانشی ثبت کرد. در نهایت نیز اولین عکس از یک سیاهچاله در محدوده‌ی امواج الکترومغناطیس روز چهارشنبه منتشر شد.
چرا پیش از این عکسی از سیاهچاله‌ها گرفته نشده بود؟
با وجود جرم زیاد، سیاهچاله‌ها اندازه‌ی چندان بزرگی ندارد. به طور مثال تصویربرداری از ابرسیاهچاله‌ی مرکز کهکشان خودمان که جرمی در حدود ۴ میلیون برابر جرم خورشید دارد مثل عکاسی از یک DVD در سطح ماه است. به این ترتیب تفکیک یک سیاهچاله و مواد اطراف آن نیازمند استفاده از تلسکوپی بسیار بزرگ است.
چه چیزهایی در تصویر دیده می‌شود؟
دایره‌ی تیره‌ی مرکز تصویر سایه‌ای از ابرسیاهچاله‌ی مرکزی کهکشان M87 است. همان جایی که نور توان گریز از آن را ندارد. بخش درخشان تصویر مواد اطراف سیاهچاله را نشان می‌دهد. جایی که ورای افق رویداد سیاهچاله قرار گرفته است. تابش این مواد به دلیل افزایش دمای‌شان بر اثر گرانش شدید سیاهچاله است.
رنگ مایل به نارنجی در تصویر واقعی نیست و اخترشناسان پروژه‌ی تلسکوپ افق رویداد این رنگ را برای بهتر نشان دادن میزان تابش هر بخش انتخاب کرده‌اند. بخش‌های مایل به زرد بیشترین تابش را دارند و از سوی دیگر شدت تابش نواحی مایل به قرمز کمتر است.
چرا تصویر تار است؟
با فناوری فعلی این بهترین کیفیت تصویری است که می‌توانیم به آن برسیم. رزولوشن تلسکوپ افق رویداد حدود ۲۰ میکروثانیه‌ی قوسی است. با تصویربرداری با چنین رزولوشنی می‌توان یک روزنامه در نیویورک را از پاریس مطالعه کرد!
با این وجود و با توجه به فاصله‌ی ۵۵ میلیون سال نوری کهکشان M87 از زمین این رزولوشن خیره‌کننده نیز برای ثبت تصویری باکیفیت و شارپ کافی نیست و این بهترین نمایی است که فعلا می‌توانیم ببینیم.
چرا حلقه‌ی اطراف سیاهچاله شکل نامنظمی دارد؟
پاسخ این پرسش هنوز معلوم نیست و دانشمندان در حال تلاش برای حل این مسئله هستند.
دانشمندان چگونه این تصویر را ثبت کردند؟
در سال ۲۰۱۷ هشت رصدخانه‌ی رادیویی در نقاط مختلف زمین با یک‌دیگر هماهنگ شدند و همزمان دو سوژه، یعنی ابرسیاهچاله‌ی کهکشان راه شیری و ابرسیاهچاله‌ی کهکشان M87، را رصد کردند. استفاده از آرایه‌ای که از این هشت رصدخانه‌ی رادیویی تشکیل شده بود همچون استفاده از تلسکوپی رادیویی با آنتی به اندازه‌ی سیاره‌ی زمین بود.
اخترشناسان با این کار موفق شدند توان تفکیک را تا حد زیادی افزایش دهند و به میزان مورد نیاز برای ثبت سیاهچاله برسانند.
پس از انجام رصدها تمام داده‌ها آنالیز و با یک‌دیگر ترکیب شدند تا در نهایت تصویر نهایی ایجاد شود.
چرا اخترشناسان از رصدخانه‌های رادیویی استفاده کردند؟
تابش رادیویی مواد اطراف سیاهچاله می‌تواند از گاز و غبار موجود در مرکز کهکشان عبور کند. بنابراین رصد در طول موج رادیویی بهترین انتخاب بود.
آیا تصویر بالا یک عکس واقعی است؟
اخترشناسان برای رسیدن به این تصویر تابش رادیویی اطراف سیاهچاله را ثبت کردند و سپس اطلاعات جمع‌آوری شده را با استفاده از کامپیوتر به آن چیزی که اکنون می‌بینیم تبدیل کردند. به عبارت دیگر این تصویر نمایش‌دهنده‌ی اطلاعاتی واقعی است که در طول موج رادیویی ثبت شده‌اند؛ اطلاعاتی که با روش‌های کامپیوتری منجر به ایجاد تصویر نهایی شده‌اند.
آیا این تصویر نظریه‌ی نسبیت عام اینشتین را تایید می‌کند؟
بله. نظریه‌ی نسبیت عام می‌تواند با توجه به جرم سیاهچاله اطلاعاتی از ساختار آن به ما بدهد. مقایسه‌ی تصویر تلسکوپ افق رویداد با نظریه‌ی نسبیت عام نشان می‌دهد که نتایج رصدها با نسبیت عام سازگار است.
چرا به جای ابرسیاهچاله‌ی کهکشان M87 از ابرسیاهچاله‌ی مرکزی کهکشان خودمان تصویربرداری نشد؟
آنالیز داده‌های مربوط به کهکشان M87 قبل از داده‌های سیاهچاله‌ی مرکزی راه شیری انجام شد. طبیعتا زمانی که نتایج اولیه‌ی آنالیزها قابل قبول بود ادامه‌ی کار نیز صورت گرفت و مراحل کار تا انتها پیش رفت. اما جدا از این مسئله ابرسیاهچاله‌ی کهکشان M87 سوژه‌ی آسان‌تری نسبت به ابرسیاهچاله‌ی کهکشان راه شیری بود. چرا که تغییرات ابرسیاهچاله‌ی کهکشان راه شیری نسبت به ابرسیاهچاله‌ی کهکشان M87 بیشتر است. بنابراین ثبت تصویر از آن کار سخت‌تری است.
البته پژوهشگران تلسکوپ افق رویداد در نظر دارند تا اولین تصویر از ابرسیاهچاله‌ی کهکشان خودمان را نیز تهیه کنند.
