اخترشناسان برای اولین بار نور پشت سیاهچاله‌ای را ثبت کردند

اخترشناسان توانسته‌اند نور پشت سیاهچاله‌ای در اعماق فضا را برای اولین بار ثبت کنند. آن‌ها پرتوهای پرنوری از اشعه ایکس را مشاهده کردند که منشا آن‌ها سیاهچاله ابرپرجرمی در مرکز کهکشانی در فاصله ۸۰۰ میلیون سال نوری از زمین است.

محققان در حال مطالعه ساختاری به نام «تاج» در سیاهچاله‌ها بودند که تلسکوپ‌هایشان به طور اتفاقی «اکوهای پرنور» دیگری را دریافت کردند. این نورهای جدید نسبت به نورهای اصلی و هدف تحقیقاتشان، طول موج متفاوتی داشتند و با تاخیر بیشتری به زمین می‌رسیدند.

این کشف بزرگ برای بار دیگر نظریه نسبیت عام انیشتین را اثبات کرد و نشان داد که نیروی گرانش سیاهچاله‌ها لزوما نور اطراف آن‌ها را خم می‌کند و می‌توانیم پشت یک سیاهچاله را مشاهده کنیم. این اولین باری است که محققان توانستند نور طرف دیگر یک سیاهچاله را مشاهده و ثبت کنند.

حدود پنجاه سال پیش، اخترفیزیکدانان درباره رفتار میدان مغناطیسی در نزدیکی یک سیاهچاله حدس‌هایی می‌زدند. در آن زمان، آن‌ها هیچ وقت فکر نمی‌کردند که ممکن است روزی به تکنولوژی برسیم که بتوانیم به طور مستقیم نظریه نسبیت عام انیشتین را در واقعیت مشاهده کنیم.

هر نوری که درون سیاهچاله می‌رود هیچ بازگشتی به بیرون نخواهد داشت. بنابراین، قادر به دیدن نور پشت سیاهچاله نخواهیم بود. اما باید به یاد داشته باشیم که سیاهچاله‌ها یک فضای خمیده‌اند و نور و میدان مغناطیسی اطراف خود را خم می‌کنند. به همین دلیل می‌توانیم نور پشت آن را مشاهده کنیم.

سیاهچاله چیست؟

به طور کلی، جهان ما از سه بعد فضا و یک بعد زمان تشکیل شده است. به دلیل محدودیت‌های بیولوژیکی بدنمان، ما تنها می‌توانیم سه بعد اول را کنترل کنیم و در بعد زمان همواره رو به جلو با سرعت ثابتی حرکت کنیم و هیچ وقت به عقب برنمی‌گردیم. به این محیط، فضا-زمان می‌گوییم که هر جرمی در این محیط وجود داشته باشد می‌تواند فضا-زمان اطراف خود را بسته به چگالی‌اش خم کند و جاذبه به وجود آورد.

حالا می‌توانیم بگوییم که سیاهچاله ناحیه‌ای از فضا-زمان است که در آن جاذبه به قدری قوی است که هیچ چیزی حتی نور نمی‌تواند از آن فرار کند. نظریه نسبیت عام انیشتین بیان می‌کند که هر جرمی که بتواند به اندازه کافی فشرده شود، می‌تواند فضا-زمان را خم کند و یک سیاهچاله را تشکیل دهد.

در اطراف سیاهچاله مرزی وجود دارد که هر جسمی پس از عبور از آن مرز هرگز نمی‌تواند از جاذبه سیاهچاله فرار کند. این مرز افق رویداد نام دارد. طبق نسبیت عام، اگر در نزدیکی یک سیاهچاله باشیم نمی‌توانیم آن را تشخیص دهیم. در اکثر مواقع می‌توان این اجرام را جسم سیاه ایده‌آلی در نظر گرفت که هیچ نوری از خود ساطع نمی‌کنند.

با این حال، طبق نظریه میدان‌های کوانتومی، افق رویداد می‌تواند امواجی را منتشر کند که به تابش هاوکینگ معروف است. دمای این تابش چیزی در حدود چند میلیونیم کلوین است و به قدری کم است که مشاهده مستقیم آن را از نزدیک عملا ناممکن می‌کند.

در بهار ۱۳۹۸، تلسکوپ افق رویداد یا EHT توانست سیاهچاله‌ای در مرکز کهکشان M87 را ثبت کند. تصویر، حلقه‌ای نارنجی را نشان می‌دهد که داخل آن سیاه است. این حلقه که با نام حلقه فوتون شناخته می‌شود، در واقع موادی است که در دام جاذبه سیاهچاله افتاده‌اند و درون آن فرو می‌ریزند. نوری که از حلقه فوتون به ما می‌رسد حدود دو، سه و یا حتی بیشتر به دور سیاهچاله چرخیده است. بخش سیاه داخل حلقه، سایه سیاهچاله است که هیچ نوری از آن فرار نمی‌کند. تصویری که ثبت شد در کمال ناباوری با تمام جزئیات نظریه نسبیت عام انیشتین همخوانی داشت و آن را به خوبی تایید می‌کرد. نظریه‌ای که صد سال پیش انیشتین آن را مطرح کرد و ما اکنون در قرن ۲۱ام توانستیم آن را مشاهده کنیم.

نور پشت سیاهچاله چگونه ثبت شده است؟

این گروه تحقیقاتی به دنبال پرتوهای ایکس سیاهچاله‌ای در مرکز کهکشان Zwicky 1 بودند. آن‌ها با آرایه تلسکوپ‌های اسپکتروسکوپی هسته‌ای ناسا و تلسکوپ XMM-Newton سازمان فضایی اروپا توانستند پرتوهای موردنظر خود را پیدا کنند. اما در بین این پرتوها اتفاق دیگری نیز رخ می‌داد.

آن‌ها پرتوهای ایکس کم انرژی پیدا کردند که طول موج آن‌ها با امواج اصلی متفاوت بود. چنین اتفاقی تنها می‌توانست یک معنی داشته باشد: این پرتوها از دیسک پشت سیاهچاله ساطع می‌شوند. این اتفاق زمانی رخ می‌دهد که این پرتوها از دیسک پشت سیاهچاله فرار می‌کنند و تحت تاثیر جاذبه آن، بار دیگر به دور سیاهچاله می‌چرخند تا در نهایت به درون آن فرو بریزند.

چنین اتفاقی باعث شد تا این تیم تحقیقاتی این اکوهای پرتو ایکس پشت سیاهچاله را تشخیص دهد. نویسنده اصلی این مقاله گفته از چندین سال پیش روی نظریات و پیش‌بینی‌های تئوری این اکوها کار می‌کند و با مشاهده آن‌ها در رصدهای اخیر، توانسته به راحتی آن‌ها را تشخیص دهد.