مايو 16, 2022

يوجد في مركز مجرة ​​درب التبانة وجود هائل وغامض له تأثير قوي على النجوم من حوله – وعلى خيال علماء الفلك.

الآن ، لدى العلماء أول صورة على الإطلاق للقوة الهائلة في مركز مجرتنا: القوس A * ، ثقب أسود هائل كتلته 4 ملايين شمس.

تم التقاط الصورة ، التي تم كشف النقاب عنها يوم الخميس ، بواسطة شبكة من ثمانية مراصد راديو في ستة مواقع حول العالم. يشكلون معًا المكافئ العملي لتلسكوب بحجم الأرض مصمم لرؤية بعض أكثر الأشياء غموضًا وإرباكًا في الكون.

يعتبر التقاط صورة للثقب الأسود إنجازًا فريدًا ، نظرًا لأن ميزته المميزة هي أنه لا يوجد شيء في متناول جاذبيته يمكنه الهروب – بما في ذلك الضوء.

لكن يمكن لعلماء الفلك رؤية الحدود الحلقية المعروفة باسم أفق الحدث ، وما وراء ذلك الحلقة الذهبية الشاش للغاز شديد السخونة والضوء المنحني الذي يتخطى حافة نقطة اللاعودة للثقب الأسود.

“ما هو أفضل من رؤية الثقب الأسود في مركز مجرتنا درب التبانة؟” قالت كاتي بومانأستاذ التصوير الحاسوبي في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا وعضو في فريق التلسكوب الدولي.

كانت النتائج نُشر الخميس في مجلة Astrophysical Journal Letters.

الثقوب السوداء هي أكثر الأجسام كثافة في الكون. عندما ينفجر نجم عملاق نهائي ، دراماتيكي سوبرنوفايؤدي انهيارها إلى تكوين جلطة صغيرة من المادة شديدة الكثافة لدرجة أن سحبها الثقالي يشوه نسيج المكان والزمان من حوله.

العلماء يشتبه منذ فترة طويلة تلك الثقوب السوداء الهائلة تقع في مركز كل مجرة ​​، بما في ذلك مجرتنا. ومع ذلك ، على الرغم من حجمها الهائل ، إلا أنها تواجد بعيد المنال في الكون ، ولا يمكن ملاحظتها إلا من خلال تأثيرها على الأشياء من حولها.

يعد التقاط صورة لكائن لا يمكن للضوء الهروب منه هو التحدي الهائل تلسكوب أفق الحدث بدأ الاتحاد في عام 2009. ويتضمن الجهد العمل التعاوني لأكثر من 300 عالم ومهندس في 80 مؤسسة في جميع أنحاء العالم.

استغرق الأمر عقدًا من الزمان لإنتاج أول صورة لثقب أسود، الموجود في مركز مجرة ​​Messier 87 على بعد حوالي 55 مليون سنة ضوئية (يُعرف الثقب الأسود أيضًا باسم M87 *). يبلغ عرض أفق الحدث حوالي 25 مليار ميل ، وتبلغ كتلته حوالي 6.5 مليار شمس.

على الرغم من أن Sagittarius A * – المعروف باسم Sagittarius A-star ، والمعروف باسم Sgr A * لا يبعد سوى 27000 سنة ضوئية عن الأرض ، إلا أنه يحتوي على أقل من 0.1٪ من كتلة M87 *. إذا لم يكن موقعه مناسبًا في مجرتنا ، لكان من المستحيل تقريبًا تصويره. أحب بومان الوقوف في لوس أنجلوس والتقاط صورة لحبة ملح في نيويورك.

قال “إنه ثقب أسود ألطف وأكثر تعاونًا مما كنا نأمله” فريال أوزيل، عالم فلك بجامعة أريزونا وعضو مؤسس لاتحاد التلسكوب. “نحن نحب ثقبنا الأسود”.

في الواقع ، تقدم الصور أقوى دليل حتى الآن على نظرية النسبية العامة لأينشتاين. مع Sgr A * على وجه الخصوص ، يتوافق حجم وشكل الحلقة المحيطة بأفق الحدث بشكل ملحوظ مع ما توقعه العلماء بناءً على نظرية أينشتاين.

قال بومان: “إنهما مختلفان تمامًا من نواحٍ عديدة ، ومع ذلك فإن نفس نظرية الجاذبية تشرح في الواقع” شكل كلتا الصورتين. وهذه نتيجة كبيرة. إنه في الواقع مثير للغاية أن يبدوان متشابهين للغاية “.

الثقوب السوداء الهائلة في مركز مجرة ​​ميسيه 87 ، اليسار ، ودرب التبانة.

يوجد الثقب الأسود الهائل الموجود على اليسار في وسط مجرة ​​Messier 87. الشخص الموجود على اليمين يقع في وسط مجرتنا درب التبانة.

(تعاون EHT)

أ نموذج الفصول الدراسية الشعبية من الثقب الأسود طريقة مفيدة لتصور هذه الظاهرة الكونية. تخيل نسيج الزمكان كغطاء بلاستيكي مشدود بإحكام ، والأرض كما كرة تنس تسقط في وسطها. ستنشئ الكرة منحنىًا طفيفًا في الفيلم ، تمامًا كما يفعل كوكبنا ذي الحجم المتواضع نسبيًا مع الزمكان. ومع ذلك ، فإن كرة من الصلب ستثني الفيلم أكثر. إذا كانت الكرة ثقيلة بما يكفي ، سيقول الفيلم الكثير لدرجة أن أي أجسام أخرى سوف تتدحرج بشكل لا مفر منه نحو الأثقل. هذا ما تفعله الثقوب السوداء بالزمان والمكان.

وقال بومان: “الثقوب السوداء ليست المكانس الكهربائية الكونية الكبيرة التي تحب هوليوود تصويرها على أنها”.

قال بومان إن Sgr A * الأصغر والأقل كفاءة يمثل على الأرجح أفضل تمثيل للثقب الأسود النموذجي في الكون من M87 * الهائل للغاية.

علماء الفلك في جامعة كاليفورنيا أندريا جيز ماذا حصل على جائزة نوبل عام 2020 لاكتشاف Sgr A *. كانت الصورة التي أنتجتها EHT “مشابهة بشكل ملحوظ” للثقب الأسود الهائل الذي كانت نظريته هي وزملاؤها في مركز هذه المجرة.

قال جيز: “هناك توقع بأنه يجب أن ترى هذا التركيز للضوء حول الثقب الأسود ، خارج أفق الحدث مباشرةً ، وأنه يمكنك بالفعل رؤية هذا أمر رائع”.

يتطلب تصوير ثقب أسود باستخدام تلسكوب واحد عدسة
بعرض 13 مليون متر – بعبارة أخرى ، تلسكوب يقارب حجم الأرض نفسها.

يقع تلسكوب القطب الجنوبي في محطة أموندسن سكوت القطب الجنوبي التابعة لمؤسسة العلوم الوطنية في أنتاركتيكا.

تلسكوب القطب الجنوبي في محطة أموندسن سكوت القطب الجنوبي التابعة لمؤسسة العلوم الوطنية في أنتاركتيكا هو الموقع الأكثر تطرفًا من بين التلسكوبات الثمانية في مصفوفة تلسكوب أفق الحدث.

(جونهان كيم / جامعة أريزونا)

بدلاً من هذا الاستحالة اللوجستية ، يجمع Event Horizon Telescope البيانات عبر ثمانية مراصد راديوية في جرينلاند والقارة القطبية الجنوبية وستة مواقع بينهما ، متزامنة مع الساعات الذرية. أثناء دوران الأرض ، ترى المراصد هدفها من عدة زوايا.

تم تقطير لقطة Sgr A * الرائعة من 5 بيتابايت من البيانات ، أي ما يعادل 100 مليون TikToks ، وفقًا لما قاله عضو EHT فنسنت فيش من مرصد MIT Haystack. الصورة المنشورة هي متوسط ​​الصور المتعددة المأخوذة من تلك البيانات.

أنتج تعاون EHT سلسلة من الصور المحتملة لـ Sagittarius A * باستخدام تتبع الأشعة.

قام EHT Collaboration بإنشاء سلسلة من الصور للقوس A * ، ثم قام بتوسيطها لإنتاج صورة واحدة.

(مجموعة عمل نظرية Ben Prather / EHT ؛ تشي كوان تشان)

مؤخرًا ، منذ عقدين من الزمن ، “كنت أعتقد أننا لن نرى صورًا كهذه أبدًا. قال دانيال ستيرنعالم فيزياء فلكية يدرس الثقوب السوداء في مختبر الدفع النفاث التابع لناسا في لاكنادا فلينتريدج.

قال “لقد بدت أفضل مما كنت أتوقع”. “إنه يطابق النظريات التي مضى عليها عقود من الزمن لما اعتقدنا أن الثقوب السوداء ستكون عليه.”

نظرًا لأن هذا الثقب الأسود أصغر كثيرًا ، فإن الحلقة المحيطة به تبدو أكثر انشغالًا. يمكن للغازات التي تستغرق أسابيع للدوران حول M87 * أن تدور حول Sgr A * في دقائق معدودة. نظرًا للتغيرات السريعة في الانبعاثات ، فمن المحتمل أن يتمكن التلسكوب من التقاط صور متحركة للنشاط حول أفق الحدث في السنوات القادمة ، كما قال بومان – ربما بأبعاد متعددة.

“ماذا لو تمكنا بالفعل من تحديد مكان وجود الغاز بمرور الوقت في ثلاثة أبعاد حول الثقب الأسود؟” قال بومان. “هذا شيء أنا متحمس له حقًا.”