خیره به یک سیاه‌چاله

هشت رصدخانه‌ی مختلف روی زمین گرد هم آمده‌اند تا در همکاری با هم، نخستین تصویر واقعی از یک سیاه‌چاله را خلق کنند. امروز روزی تاریخی باقی خواهد ماند. این نخستین تصویری است که ما از یک سیاه‌چاله ثبت کرده‌ایم. این تصویر چه چیزی نشان می‌دهد و اصلا سیاه‌چاله چیست؟ مگر نه آنکه سیاه‌چاله حتی نور راه هم به درون می‌کشد؟ پس این تصویر چگونه گرفته شده است؟ در ادامه این سوالات را پاسخ خواهیم داد.

خیره به یک سیاه‌چاله

این روزی تاریخی است. یازده رصدخانه‌ی مختلف در نقاط مختلف سیاره در یک همکاری بین‌المللی، تلسکوپی به ابعاد زمین ایجاد کرده‌اند تا نخستین تصویر تاریخ را از یک سیاه‌چاله ثبت کنند. در روزها و سال‌های آینده بسیاری برای مورد آزمون قرار دادن نظریه‌ی نسبیت‌عام به این تصویر رجوع خواهند کرد. این تصویر، آزمایشی مهم برای فهم ما از جهان است. آزمونی برای نسبیت‌عام در یکی از پرتنش‌ترین وضعیت‌هایی که در کیهان امکان دارد. در افق رویداد یک سیاه‌چاله. اما سیاه‌چاله اصلا چیست و چطور این تصویر ثبت شده است؟

سیاهچاله چیست؟

مختصر و خلاصه که بخواهیم توضیح بدهیم، سیاه‌چاله نقطه‌ای در فضازمان است که سرعت سقوط فضازمان به سمت آن حتی از سرعت حرکت نور هم بیشتر است. این توضیح البته احتمالا بیشتر سوال ایجاد می‌کند. بگذارید اینطور توضیح دهم. نظریه‌ی نسبیت‌عام انیشتین، جهان را به صورت چیزی ۴بعدی تصویر می‌کند. سه بعد از ابعاد جهان، ابعاد فضا هستند که با آنها آشناییم و بعد چهارم زمان است. نسبیت‌عام، جاذبه را به شکل انقباض فضازمان توصیف می‌کند. سیاه‌چاله‌ها هم مانند هر چیز دیگری با منقبض کردن فضازمان، میدانی گرانشی اطراف خود ایجاد می‌کنند که بقیه‌ی مواد موجود در عالم را به سمت خود می‌کشد. همانطور که زمین با منقبض کردن فضازمان به مقداری مشخص، جاذبه‌ای دارد که ما را روی آن نگاه می‌دارد.

اما ما می‌توانیم از جاذبه‌ی زمین فرار کنیم. موشک‌های پرتابگر می‌توانند چنان سریع به سمت فضا بپرند که از دام جاذبه‌ی زمین رها شوند. سرعتی که برای رهایی از دام جاذبه‌ی یک توده‌ی ماده نیاز است، سرعت گریز نام دارد. می‌توانیم اینطور بگوییم که سرعت گریز از دام جاذبه‌ی یک سیاه‌چاله، حتی از سرعت نور هم بیشتر است. سرعت نور بیشترین سرعت ممکن برای حرکت در فضازمان است. پس هیچ‌چیز(حتی نور) نخواهد توانست از دام جاذبه‌ی سیاه‌چاله رها شود. هر آنچه از محدوده‌ای خاص اطراف سیاه‌چاله بیشتر با آن نزدیک شود، به درونش سقوط می‌کند و امکان هم ندارد بتواند از دام جاذبه‌ی آن رهایی یابد. این محدوده، افق رویداد نامیده می‌شود.

اما چرا افق رویداد؟ خب دلیلش آن است که وقتی چیزی از این مرز عبور کند، دیگر هیچ اثری از آن به جهان بیرون راه نخواهد یافت. انتقال اثر در جهان با سرعت نور صورت می‌گیرد. مثلا اگر دستی جادویی همین حالا خورشید را ناپدید کند، ما تا ۸دقیقه‌ی دیگر متوجه نیست شدن خورشید نخواهیم شد. چرا که فاصله‌ی ما و خورشید ۸دقیقه‌ی نوری است. یعنی ۸دقیقه طول می‌کشد تا اثر نیست شدن ناگهانی خورشید به ما برسد. با این حساب مشخص است که وقتی سرعت گریز از دام جاذبه‌ی یک سیاه‌چاله(یا سرعت سقوط فضازمان به سمت مرکز یک سیاه‌چاله) بیشتر از سرعت نور(یا سرعت انتقال اثر فیزیکی) باشد، دیگر هیچ اثری از آن به دنیای بیرون نخواهد رسید. این مرز همان افق رویداد است.

 

چگونه از سیاه‌چاله‌ها عکس بگیریم؟

پس سیاه‌چاله‌ها مناطقی در فضازمان هستند که حتی نور هم نمی‌تواند از دام آنها بگریزد. اگر اینطور است، پس چطور باید بتوان از یک سیاه‌چاله عکس گرفت؟ در واقع از خود سیاه‌چاله نمی‌توان عکسی گرفت. چرا که واضح است برای ثبت یک تصویر لازم است نوری(نه فقط نورد مرئی، بلکه‌ی هر طیفی از دامنه‌ی امواج الکترومغناطیس که نور مرئی بخشی از آن است) از سوژه به دوربین‌های ما برسد. گرچه هیچ نوری پس از عبور از افق رویداد به بیرون درز نمی‌کند، اما ماده‌ای که اطراف سیاه‌چاله را در بر گرفته و در حال سقوط به درون آن است، همینطور که دور سیاه‌چاله می‌گردد و نزدیک‌تر می‌شود، چنان گرم می‌شود که شروع به درخشش می‌کند.

سرعت گردش ماده‌ای که حول سیاه‌چاله می‌گردد، می‌تواند بسیار بالا رود و حتی به سرعت نور نزدیک شود. توده‌های ماده که با چنین سرعتی حول سیاه‌چاله در گردش‌اند، تنش بسیار بالایی را تجربه خواهند کرد و به شدت گرم می‌شوند. گرمای آنها به صورت تابش‌های الکترومغناطیس(که نور هم بخشی از این تابش‌هاست) به بیرون منتشر می‌شود. باید توجه کنیم که ماده‌ای که حول سیاه‌چاله در گردش است، هنوز از افق رویداد سیاه‌چاله عبور نکرده، پس نوری که از آن ساطع می‌شود، می‌تواند به بقیه‌ی نقاط جهان هم برسد. آنچه تلسکوپ عظیم افق‌رویداد ثبت کرده، این نور است. تابش از ماده که حول سیاه‌چاله در گردش و در حال سقوط به درون آن است.

در مرکز این تصویر خود سیاه‌چاله قرار گرفته است. اطراف آن نوری است که از ماده‌ی در حال سقوط به درون سیاه‌چاله به ما می‌رسد. اما نور موادی که به درون سیاه‌چاله سقوط می‌کنند روی خطی مستقیم به سمت ما حرکت نمی‌کند. لبه‌های نورانی که در تصویر دیده می‌شوند. سیاه‌چاله آنقدر فضازمان را خمیده می‌کند که تابش‌های موادی که باید پشت آن باشند هم خمیده شده و بخشی از آنها به ما می‌رسد.

تلسکوپی به اندازه‌ی زمین

این عکس بی‌نظیر در یک  همکاری بین‌المللی تولید شده است. حاصل کار مشترک ۱۱تلسکوپ در نقاط مختلف زمین. دانشمندان با ترکیب داده‌های تک‌تک این تلسکوپ‌ها می‌توانند، تلسکوپی مجازی به اندازه‌ی کل کره‌ی زمین بسازند. این روش مدت‌هاست که برای بالا بردن دقت و بررسی اجرام دوردست کیهان مورد استفاده قرار می‌گیرد. پیش از این هم تلاش شده بود تا از سیاه‌چاله‌ها تصاویری به همین روش ثبت شود، اما موفقیت‌آمیز نبود.

اما اینبار آرایه‌ی تلسکوپی افق‌رویداد توانست یک تصویر تاریخی تولید کند. نخستین تصویر از یک سیاه‌چاله. در روزهای آینده دانشمندان بسیاری این عکس را بررسی خواهند کرد. حتی کوچکترین تفاوت‌های ثبت شده در این تصویر با آنچه نسبیت‌عام پیش‌بینی می‌کند، می‌تواند بسیار مهم باشد. این تصویر نشانگر آغاز دورانی نو در کیهان‌شناسی است.