العلماء يكشفون عن الصورة الأولى للثقب الأسود

التقطت Event Horizon Telescope صورة لثقب أسود فائق الكتلة في مركز M87 ، وهي مجرة ​​على بعد 54 مليون سنة ضوئية.

فى القرن منذ تنبأ أينشتاين بوجود ثقوب سوداء في نظريته عن الجاذبية ، ظهر علماء الفيزياء الفلكية أدلة دامغة على هذه الأشياء . لقد لاحظوا شد وجذب الثقوب السوداء على مدارات النجوم والكواكب القريبة. لقد سمعوا الاهتزازات ، أو موجات الجاذبية ، يتردد صداها من الثقوب السوداء تصطدم. لكنهم لم يلمحوا أبداً وجهًا أسودًا وجهاً لوجه - حتى الآن. يوم الأربعاء ، أعلن علماء الفيزياء الفلكية أنهم التقطوا أول صورة لثقب أسود.

الصورة ، التي التقطت على مدار خمسة أيام من الملاحظات في أبريل 2017 باستخدام ثمانية تلسكوبات حول العالم من خلال تعاون يُعرف باسم Event Horizon Telescope ، تُصوِّر بالغاز المضيء حول ثقب أسود فائق الكتلة في مركز M87 ، وهي مجرة ​​54 مليون سنة ضوئية بعيدا.مع ذلك ، إلا أن الأضواء الساطعة تمثل ميزة الثقب الأسود: أفق الحدث. أفق الحدث هو حافة الهاوية في الفضاء ، حيث الجاذبية قوية للغاية بحيث لا يمكن لأي ضوء الهروب منه. يقول فريال أوزيل من جامعة أريزونا ، وهو عضو في تعاون EHT: "إنها نقطة اللاعودة". وهي تتجلى في الصورة على أنها "الغياب المفاجئ للضوء".

في السابق ، كان الباحثون قد استولوا على طائرة نفاثة من الضوء تخرج من حيث كان من المتوقع أن يكون الثقب الأسود M87 - لكنهم لم يتمكنوا من رؤية الثقب الأسود بشكل قاطع لأن أدواتهم لم تكن حادة في مكان قريب من EHT. يقول عالم الفيزياء الفلكية أندرو سترومنجر من جامعة هارفارد ، "إنه يشبه الانتقال من كاميرا هاتف ذكي رخيصة إلى سينما IMAX عالية الدقة".

تليسكوب القطب الجنوبي ، واحد من ثمانية تلسكوبات تستخدم لالتقاط أول صورة ثقب أسود

تبلغ مساحة هذا الثقب الأسود حوالي 6.5 مليار مرة كتلة الشمس. ومع ذلك ، فهي صغيرة للغاية من نقطة نظر على الأرض ، حيث يبلغ عرضها 50 سمًا فقط من الكائنات المجهرية الصغيرة في السماء ، مما يجعل الأمر صعبًا للغاية مثل وضع دونات على القمر. استغرق الأمر ثمانية تلسكوبات مختلفة لتصويره. جمعت التلسكوبات بيانات الرصد التي تمت مزامنتها بدقة المليار من الثانية.

لرؤية حدود الثقب الأسود بين الضوء والظلام ، استولى علماء الفيزياء الفلكية على موجات الراديو - ضوء طوله 1.3 ملليمتر في الطول الموجي ، غير مرئي للعين البشرية - المنبعثة من الغاز الذي يحوم حول الثقب الأسود. ينبعث الغاز الضوء من جميع الأطوال الموجية المختلفة ، بما في ذلك الضوء المرئي ، لكن الباحثين اختاروا هذا الطول الموجي المحدد لأنه يمكن أن يبحر في مجرات بأكملها وحتى في الغلاف الجوي للأرض دون امتصاصها. لكنهم ما زالوا بحاجة إلى طقس جيد في جميع مواقع التلسكوب الثمانية لرؤية الثقب الأسود. قبل تشغيل التلسكوبات الخاصة بهم ، كان عليهم مراقبة الرطوبة في الهواء ، كما يقول أوزل ، حيث أن الرطوبة الزائدة ستدمر صورهم. لتقليل فرصة المطر ، قاموا ببناء التلسكوبات في المناطق الجافة ، بما في ذلك القطب الجنوبي وصحراء أتاكاما في تشيلي.

إن الثقب الأسود لـ M87 قريب نسبياً من الأرض ، حيث أن الضوء المنبعث منه لم ينبعث إلا قبل 54 مليون عام - لذلك نرى ذلك في لحظة أكثر نضجًا في وجوده. يقول أوزل: "في هذه المرحلة من عصر الكون ، هدأت الثقوب السوداء". "إنهم يأكلون الغاز بشكل أساسي من النجوم القريبة." إن الثقب الأسود لـ M87 ينبعث نفثًا مشرقًا من الغاز ، لكنه لا يزال قاتمًا جدًا مقارنةً بالثقوب السوداء الأصغر سنًا البعيدة. هذه الثقوب السوداء الأصغر سنا تتراكم كميات أكبر من المادة ، لذلك دواماتها من الغاز المضيء تألق أكثر إشراقا

استغرق الأمر عقدين من العمل لالتقاط الصورة. جزء من هذا الجهد كان تصميم وبناء وسحب الأجهزة إلى مواقع التلسكوب المختلفة. لكنهم اضطروا أيضًا إلى توقع ما قد يرونه عن طريق تحديد فيزياء الثقوب السوداء بأكبر قدر ممكن من الدقة. أوزل ، التي تعمل على تصوير ثقب أسود منذ أيام طلاب الدراسات العليا في عام 2000 ، تقول إنها خلقت ملايين المحاكاة من الثقوب السوداء ، ولكل منها كتلة مختلفة ، وسرعة دوران ، أو اتجاه ، من بين أمور أخرى. ساعدت هذه المحاكاة في توضيح كيفية تصميم التلسكوبات الخاصة بهم وأين وجهوا إليها

لكنهم لم يكونوا فقط بعد صورة جميلة. في حديقة الكائنات الفلكية ، تعد الثقوب السوداء من بين أكثر الكيانات تطرفًا الموجودة. الثقب الأسود ، كما هو مفهوم حاليًا ، يحزم كمية هائلة من الكتلة في نقطة واحدة ، مما يجعله - حرفيًا - كائنًا كثيفًا بشكل لا نهائي. هذه الكثافة تخلق جاذبية هائلة في وسطها ، والتي لا يمكن لأحد أن يكون الند في الداخل. يقول أوزيل: "إنها الكائنات الوحيدة في الكون التي تخلق منطقة من الزمكان لا يمكن الوصول إليها لبقية الكون". نظرًا لأن الثقوب السوداء شديدة للغاية ، يريد الباحثون دراسة ميزاتها لمعرفة ما إذا كانت متوافقة مع بقية النسبية العامة. "نشعر جميعًا بأن لدينا إحساسًا بديهيًا بماهية المكان والزمان. ولكن أخبرنا أينشتاين أن هذا صحيح فقط في مواقف مثل تلك التي اعتدنا عليها ، حيث يكون مجال الجاذبية ضعيفًا للغاية ، يقول سترومنجر. "عندما يصبح حقل الجاذبية قويًا ، هناك كل أنواع الأشياء المجنونة التي تحدث."




كل ما لاحظوه حتى الآن حول M87 - كتلته وحجم أفق الحدث الخاص به - يتوافق مع نظرية آينشتاين. لكن في المستقبل ، قد تكشف الملاحظات الأكثر تفصيلاً عن ميزات غير متوقعة. يريد سترومنجر رؤية صور أكثر تفصيلًا لثقب أسود سريع الدوران مثل M87. ووفقا لحسابات النظرية، إذا الثقوب السوداء تدور بسرعة كافية، فإنها تشكل الثقب في الزمكان. قد تساعد صور الثقب الأسود المستقبلية في تأكيد هذه الفرضيات أو دحضها. يتوقع سترومنجر اليوم الذي تكون فيه الصور جيدة بما يكفي لرؤية ثقب أسود مع ثقبه المرتبط. يقول: "هذه حقيقة خيال علمي غريب حقًا ، وسنرى ذلك".




هذه الصورة هي البداية فقط ، كما يقول أوزل. إنهم يريدون تحريك مقاريبهم نحو الثقوب السوداء الأخرى ، لتجميع سجل قصاصات كامل من صور الثقب الأسود. كما يخططون لالتقاط المزيد من الصور ذات الجودة الأفضل لهذا الثقب الأسود لفهمها بمزيد من التفاصيل. الآن بعد أن حدقوا أخيرًا في عيون الوحش ، حان الوقت لمشاهدة كيف يتصرف