اولین تصویر واقعی یک سیاهچاله از آن سوی کهکشان‌ها

با یکی از قدرتمندترین، شگفت‌انگیزترین و سردرگم‌کننده‌ترین پدیده‌های جهان روبه‌رو هستیم و امروز بشریت بالاخره توانست با چشمان خود این پدیده را ببیند: امروز دانشمندان گروه تلسکوپ افق رویداد اولین تصویر مستقیم از یک سیاهچاله را منتشر کردند.

این تصویر شبیه به یک آتش کمپ خارج شده از فوکوس است، اما به گفته‌ی استاد نجوم دانشگاه آریزونا، دن مرون، که در یکی از شش کنفرانس همزمان مرتبط با این خبر صحبت کرد، حجم داده‌هایی که برای ایجاد این تصویر استفاده شده است برابر با حجم سلفی‌هایی است که 40 هزار نفر در طول زندگی خود خواهند گرفت.

سیاه‌چاله‌ها از شگفت‌انگیزترین و مرموزترین پدیده‌های جهان هستند و روی موضوعاتی از تحقیقات علمی گرفته تا ژانر علمی تخیلی و از انیشتین تا فیلم میان‌ستاره‌ای تأثیر گذاشته‌اند. با این حال با وجود تأثیری که جاذبه‌ی غیر قابل تصور این پدیده‌های مرموز روی قدرت تخیل‌مان دارد و همچنین تأثیر آن‌ها روی درک ما از فیزیک، انسان‌ها در واقع هرگز یک سیاه‌چاله را ندیده بودند.

اما تصویر ایجاد شده از «کمان ای*»، سیاه‌چاله‌ای که در مرکز کهکشان راه شیری ما قرار گرفته است، این فضا را متحول کرده است. این عکس نقطه‌ی تحولی در ترکیب علم با تکنولوژی است که با استفاده از تلسکوپ افق رویداد (Event Horizon Telescope) ممکن شده است، این تلسکوپ در واقع آرایه‌ای از تلسکوپ‌ها است که در سطح زمین پخش شده‌اند.

می‌دانم به چه فکر می‌کنید: تا به حال عکس‌های زیادی از سیاهچاله‌ها دیده‌ایم.

شاید در حال فکر کردن به عکسی مانند این هستید:

تمام این عکس‌ها، که از ناسا و دیگر سازمان‌های عملی دیده‌ایم، فقط تصاویری هستند که با کمک هنرمندان ساخته شده‌اند و البته که بسیاری از آن‌ها بر اساس داده‌های تلسکوپ‌های واقعی ایجاد شده‌اند. تصویر بالا بر اساس داده‌های «تلسکوپ پرتو ایکس چاندرای ناسا» ایجاد شده است، این تلسکوپ می‌تواند ماده‌ی بسیار داغی را تشخیص دهد که در حال کشیده شدن به سمت افق رویداد، یا محدوده‌ی سیاه‌چاله، است.

به این ترتیب ایجاد چنین تصویر زیبایی مانند به تصویر کشیدن یک توفان بر اساس داده‌های سرعت باد در لبه‌های بیرونی آن است. اینکه بتوانید تصویری واقعی و ماهواره‌ای از یک توفان را ببینید تجربه‌ی کاملاً متفاوتی است.

اما برای ثبت مستقیم عکس یک سیاهچاله یا حداقل سایه‌ی یک سیاه‌چاله، که توسط مواد درخشانی که به سمت آن می‌روند مشخص می‌شود، به یک همکاری جدی در زمینه‌ی مهندسی نیاز دارید.

یک تلسکوپ اینجا، یک تلسکوپ آنجا

تلکسوپ افق رویداد در واقع مجموعه‌ای از تلسکوپ‌ها است که در قسمت‌های مختلف کره‌ی زمین قرار گرفته‌اند و به یکدیگر متصل هستند تا مفهومی را با نام تداخل خط پایه بسیار طولانی (VLBI) ایجاد کنند. ایده‌ی ساده‌ی این مفهوم این است که تلسکوپ‌های نقاط مختلف سیگنال‌های خود را با یکدیگر ترکیب می‌کنند تا قدرت خود را افزایش دهند.

اگر تصاویر آرایه‌ی بسیار بزرگ نیومکزیکو را به همراه دیش‌های تلسکوپ آن که با یکدیگر کار می‌کنند دیده‌اید (که در فیلم تماس، محصول سال 1997، نیز به نمایش گذاشته شد)، پس می‌توانید این مفهوم را در ذهن خود مجسم کنید: جودی فاستر (بازیگر فیلم تماس) را تصور کنید که وارد سیستم این آرایه‌ی دیش‌ها می‌شود که فاصله‌شان از یکدیگر به جای چند متر چندین هزار کیلومتر است.

این مجموعه از تلسکوپ‌ها که سراسر زمین را شامل شده‌اند نیازی ضروری هستند چون به گفته‌ی رصدخانه اخترفیزیک اسمیتسونین گرچه «کمان ای» 4 میلیون بار بزرگ‌تر از خورشید ما است، اما فاصله‌ی بسیار زیادی با ما دارد که معادل 26 هزار سال نوری است.

البته که برای افرادی که نمی‌خواهند به درون یک سیاه‌چاله کشیده شوند این موضوع خبر خوبی است اما این موضوع از طرفی هم تصویربرداری از این سیاه‌چاله را بسیار سخت می‌کند. چنین چیزی مانند تلاش برای مشاهده‌ی فرورفتگی‌های توپ گلفی است که در لس‌آنجلس قرار گرفته است، آن هم اگر از نیویورک به آن نگاه کنیم (حدود 4 هزار کیلومتر، دو برابر فاصله‌ی چابهار در سیستان و بلوچستان و اصلاندوز در اردبیل، دو مورد از دورترین شهرهای ایران). برای این کار بهتر است لنزهای سوپر زوم خود را بیرون بیاورید، که تقریباً همان کاری است که تلسکوپ افق رویداد انجام می‌دهد.

رصدخانه‌های تلسکوپ افق رویداد در شیلی، هاوایی، آریزونا، مکزیکو، اسپانیا و قطب جنوب واقع شده‌اند و همه‌ی این رصدخانه‌ها به خوبی با یکدیگر هماهنگ شده‌اند تا پتابایت‌ها داده را جمع‌آوری کرده و با کمک یک ابرکامپیوتر آن‌ها را با یکدیگر ترکیب کنند تا اولین تصویر از کمان ای را در اختیار داشته باشیم.

تصویری که امروز شاهد آن بودیم با استفاده از داده‌هایی ایجاد شده است که در سال 2017 جمع آوری شد. قسمتی از دلیل این تأخیر این است که گرچه در پردازش حجم زیادی از داده‌ها بهتر شده‌ایم اما سرعت اینترنت هنوز به اندازه‌ی کافی زیاد نیست تا بتوانیم پتابایت‌ها داده را به طور آنی در گوشه‌های مختلف جهان جابه‌جا کنیم. هر کدام از رصدخانه‌های تلسکوپ افق رویداد داده‌های خود را روی هارد دیسک‌های فیزیکی ثبت کردند و این هارد دیسک‌ها به مرکز پردازش داده منتقل شدند تا با داده‌های دیگر رصدخانه‌ها ترکیب شوند.

به این ترتیب دانشمندان زیادی مدت‌ها بود که مشتاق مشاهده‌ی تصویر این سیاه‌چاله بودند، تصویری که ممکن است درک ما از جهان را دگرگون کند.

اثبات نظریه‌ی انیشتین

مدیر پروژه‌ی تلسکوپ افق رویداد، شپرد دولمن، درباره‌ی این تصویر می‌گوید «حالا مدرکی تصویری از یک سیاه‌چاله در دست داریم. این تصویر با پیشبینی انیشتین از شکل سایه‌ی سیاه‌چاله مطابقت دارد.»

به طور خلاصه (گرچه خلاصه‌ای با جرم بسیار زیاد)، انیشتین گفته بود که جاذبه در واقع می‌تواند باعث خمیده شدن اساس فضازمان شود، فضا-زمان همان پس‌زمینه‌ای است که زمین، خورشید و هر چیز دیگری در آن قرار گرفته است. به این ترتیب زمانی که یک ستاره‌ی بسیار بزرگ منفجر می‌شود و به جسمی با جرم بسیار بالا و قدرت جاذبه‌ی بسیار زیاد تبدیل می‌شود، قدرت زیادی برای خمیده کردن فضازمان دارد.

به این مکنده‌ی بسیار متراکم «تکینگی» مرکز سیاه‌چاله می‌گویند. تکینگی آنقدر قدرتمند است که باعث خمیده شدن فضازمان می‌شود و نور را در نزدیکی افق رویداد سیاه‌چاله خم می‌کند. این تکینگی که باعث چنین آشوبی شده است جایی پشت تاریکی سیاه‌چاله مخفی است، تاریکی مخصوصی که توسط خود این پدیده‌ی عظیم ایجاد شده است، پدیده‌ای که نور را می‌بلعد و فضازمان را خم می‌کند.

کمی دیوانه‌وار به نظر می‌رسد اما دلایل زیادی در اختیار داریم که صحت گفته‌های انیشتین را باور کنیم: اخیراً اولین مشاهدات از امواج گرانشی پیشبینی شده توسط نظریه‌ی او، این نظریه را تقویت کرده‌اند. اما نظریه‌ی گرانش انیشتین، که در رابطه با اجسام بزرگی همچون ستاره‌ها و کهکشان‌ها صدق می‌کند، با مکانیک کوانتوم، مطالعه‌ی ذره‌های عجیب و بی‌نهایت کوچک تشکیل‌دهنده‌ی اتم‌ها، سازگار نیست.

طبق محاسبات انیشتین تکینگی باید جای عجیبی باشد. توانایی مطالعه‌ی تصاویر سیاه‌چاله‌ای که توسط این تکینگی ایجاد می‌شود می‌تواند به درک بهتر این پدیده کمک کند و حتی شاید باعث به وجود آمدن نظریه‌های جدیدی شود که شکاف بین نظریه‌ی انیشتین و مکانیک کوانتومی را پر می‌کند.

آنطور که اخترفیزیک‌شناس «کاران جانی» در توییت خود اشاره کرده است:

تکینگی یک سیاه‌چاله نقطه‌ای به جرم بی‌نهایت است. در این نقطه تمام قوانین فیزیک ما از هم می‌پاشند. اما آیا ممکن است چنین پدیده‌ای در جهان واقعی وجود داشته باشد؟ یا موضوع این است که دانش ما هنوز به اندازه‌ی کافی پیشرفته نیست که چنین موضوعی را درک کند؟

در سیاه‌چاله‌ها اتفاق‌های عجیب دیگری نیز رخ می‌دهد، برای مثال فواره‌های نسبیتی یکی از این موارد هستند که در اثر آن‌ها جریان‌هایی از ماده با سرعت نور به فضا پرتاب می‌شوند. و آیا می‌توانیم این سؤال را مطرح کنیم که در سمت دیگر یک سیاه‌چاله چه چیزی قرار گرفته است؟ یک سفیدچاله؟ یک کرم‌چاله؟ دروازه‌ای به جهانی دیگر؟ شاید این سؤالات کمی خنده‌دار به نظر برسند اما در حال حاضر برای هیچکدام از آن‌ها جوابی نداریم مگر اینکه بتوانیم درک بهتری از اتفاقات درون افق رویداد داشته باشیم.

و شاید این عکس شروعی برای این عصر جدید از دانش باشد.