أنتجت شبكة دولية من المقاريب الراديوية أول صورة مقربة لظلال الثقب الأسود ، والتي كشف عنها العلماء هذا الصباح (10 أبريل). أكد هذا التعاون ، المسمى تلسكوب Event Horizon Telescope ، عقودًا من التنبؤات حول كيفية تصرف الضوء حول هذه الأجسام المظلمة ، وتمهيد الطريق لعصر جديد من علم الفلك في الثقب الأسود.
قال إيرين بونينج ، عالم الفيزياء الفلكية وباحث الثقب الأسود في جامعة إيموري الذي لم يشارك في جهود التصوير: "من مقياس من صفر إلى مذهل ، كان الأمر مذهلاً".
وقالت لـ Live Science: "مع ذلك ، كان هذا ما توقعته".
نجح الإعلان ، الذي كان مثارًا لمدة أسبوع ونصف تقريبًا ، في أن يكون مثيرًا بشكل لا يصدق ويخلو تمامًا من التفاصيل المدهشة أو الفيزياء الجديدة. لم تنهار الفيزياء. لم يتم الكشف عن ملامح غير متوقعة للثقوب السوداء. كانت الصورة نفسها تقريبًا تطابقًا مثاليًا لرسومات الثقوب السوداء التي اعتدنا على رؤيتها في العلوم وثقافة البوب. الفارق الكبير هو أنه أكثر ضبابية.
وقال بونينج إن هناك العديد من الأسئلة المهمة المتعلقة بالثقوب السوداء التي ظلت بدون حل.
كيف تنتج الثقوب السوداء طائراتها الضخمة من المواد الساخنة والسريعة؟
جميع الثقوب السوداء الهائلة لديها القدرة على مضغ المادة المجاورة ، وامتصاص معظمها بعد آفاق الحدث ، وبصق الباقي إلى الفضاء بسرعة قريبة من الضوء في الأبراج المشتعلة في الفيزياء الفلكية التي يطلق عليها "الطائرات النسبية".
كما أن الثقب الأسود في مركز برج العذراء A (المعروف أيضًا باسم Messier 87) يشتهر بطائراته المثيرة للإعجاب والمواد المتدفقة والإشعاع في جميع أنحاء الفضاء. طائراتها النسبية ضخمة للغاية بحيث يمكنها الهروب بالكامل من المجرة المحيطة بها.
ويعلم الفيزيائيون الخطوط العريضة لكيفية حدوث ذلك: تتسارع المادة إلى سرعات قصوى عندما تسقط في جاذبية الثقب الأسود جيدًا ، ثم يهرب بعضها مع الاحتفاظ بهذا القصور الذاتي. لكن العلماء يختلفون حول تفاصيل كيفية حدوث ذلك. لا تقدم هذه الصورة والأوراق المرتبطة بها أي تفاصيل حتى الآن.
وقال بونينج إن معرفة ذلك سيكون مسألة ربط عمليات مراقبة تليسكوب Event Horizons - التي تغطي مساحة صغيرة إلى حد ما - مع الصور الأكبر بكثير للطائرات النسبية.
في حين أن الفيزيائيين ليس لديهم إجابات بعد ، قالت ، هناك فرصة جيدة لأنهم سيأتون قريبًا - خاصة بمجرد أن ينتج التعاون صورًا لهدفه الثاني: الثقب الأسود الفائق Sagittarius A * في مركز مجرتنا ، والذي لا تنتج طائرات مثل برج العذراء. وقالت إن مقارنة الصورتين قد يوفر بعض الوضوح.
كيف تتناسب النسبية العامة وميكانيكا الكم معًا؟
عندما يجتمع علماء الفيزياء للتحدث عن اكتشاف جديد مثير حقًا ، يمكنك توقع سماع أحدهم يقترح أنه قد يساعد في تفسير "الجاذبية الكمية".
ذلك لأن الجاذبية الكمية هي المجهول الكبير في الفيزياء. منذ نحو قرن ، عمل الفيزيائيون باستخدام مجموعتين مختلفتين من القواعد: النسبية العامة ، التي تغطي أشياء كبيرة جدًا مثل الجاذبية وميكانيكا الكم ، والتي تغطي أشياء صغيرة جدًا. تكمن المشكلة في أن كتابي القواعد يتعارضان بشكل مباشر مع بعضهما البعض. لا تستطيع ميكانيكا الكم تفسير الجاذبية ، ولا تستطيع النسبية تفسير السلوك الكمومي.
يومًا ما ، يأمل الفيزيائيون في ربط الاثنين معًا في نظرية موحدة كبرى ، من المحتمل أن تتضمن نوعًا من الجاذبية الكمية.
وقبل الإعلان اليوم ، كانت هناك تكهنات بأنه قد يتضمن بعض الاختراق في هذا الموضوع. (إذا لم يتم التكهن بتنبؤات النسبية العامة في الصورة ، فإن ذلك كان سيحرك الكرة إلى الأمام.) خلال إحاطة إخبارية من مؤسسة العلوم الوطنية ، Avery Broderick ، فيزيائي في جامعة واترلو في كندا ، ومتعاون في المشروع ، اقترح أن هذه الأنواع من الإجابات قد تكون قادمة.
لكن بونينج كان متشككا في هذا الادعاء. وقال بونينج إن هذه الصورة لم تكن مفاجئة تمامًا من منظور النسبية العامة ، لذلك لم تقدم أي فيزياء جديدة قد تسد الفجوة بين الحقلين.
ومع ذلك ، ليس من الجنون أن يأمل الناس في الحصول على إجابات من هذا النوع من المراقبة ، لأن حافة ظل الثقب الأسود تجلب القوى النسبية إلى مساحات صغيرة الحجم.
وقالت: "نتوقع أن نرى الجاذبية الكمية قريبة جدًا جدًا من أفق الحدث أو في وقت مبكر جدًا جدًا من الكون المبكر".
ولكن في القرار الذي لا يزال ضبابيًا من Event Horizons Telescope ، قالت ، من غير المحتمل أن نجد هذه الأنواع من التأثيرات ، حتى مع وجود ترقيات مخططة واردة.
هل كانت نظريات ستيفن هوكينج صحيحة مثل نظريات أينشتاين؟
كانت أكبر مساهمة للفيزياء في الفيزياء ستيفن هوكينج في الفيزياء فكرة "إشعاع هوكينغ" - أن الثقوب السوداء ليست سوداء في الواقع ، ولكنها تنبعث منها كميات صغيرة من الإشعاع بمرور الوقت. كانت النتيجة مهمة للغاية ، لأنها أظهرت أنه بمجرد توقف الثقب الأسود عن النمو ، فإنه سيبدأ في الانكماش ببطء شديد من فقدان الطاقة.
وقال بونينج ، إن حدث Event Horizons Telescope لم يؤكد أو ينكر هذه النظرية ، وليس أن أي شخص يتوقعها.
وقالت إن الثقوب السوداء العملاقة مثل تلك الموجودة في برج العذراء A ، تنبعث منها كميات ضئيلة فقط من إشعاع هوكينغ مقارنة بحجمها الإجمالي. في حين أن أدواتنا الأكثر تقدمًا يمكنها الآن اكتشاف الأضواء الساطعة لآفاق الحدث الخاصة بها ، إلا أنه من غير المحتمل أن يقوموا بتوهج التوهج الخافت للغاية لسطح الثقب الأسود الهائل.
وقالت إن هذه النتائج ستأتي على الأرجح من أصغر ثقوب سوداء - أشياء نظرية وقصيرة العمر صغيرة جدًا لدرجة أنك قد تضع أفق الحدث بأكمله في يدك. مع فرصة المراقبة عن كثب ، والمزيد من الإشعاع المتاح مقارنةً بالحجم الكلي ، قد يكتشف البشر في النهاية كيفية إنتاج أو العثور على واحد واكتشاف إشعاعه.
إذن ما الذي تعلمناه بالفعل من هذه الصورة؟
أولاً ، علم الفيزيائيون أن آينشتاين كان على حق مرة أخرى. حافة الظل ، بقدر ما يمكن أن تراه Event Horizons Telescope ، هي دائرة مثالية ، تمامًا كما توقع علماء الفيزياء في القرن العشرين مع معادلات أينشتاين للنسبية العامة.
وقال بونينج "لا أعتقد أن أي شخص يجب أن يتفاجأ عندما يمر اختبار آخر للنسبية العامة". "إذا كانوا قد ساروا على خشبة المسرح وقالوا إن النسبية العامة قد تحطمت ، لكانت قد سقطت على كرسيي."
وقالت إن النتيجة ذات الآثار العملية الأكثر إلحاحًا هي أن الصورة مكنت العلماء من قياس كتلة هذا الثقب الأسود الهائل بدقة ، والتي تقع على بعد 55 مليون سنة ضوئية في قلب مجرة برج العذراء. إنها أكبر بـ 6.5 مليار مرة من شمسنا.
قال بونينج إن هذه مشكلة كبيرة ، لأنها يمكن أن تغير الطريقة التي يقيس بها علماء الفيزياء الثقوب السوداء الهائلة في قلوب المجرات الأخرى البعيدة أو الأصغر.
قال بونينج الآن ، يمتلك الفيزيائيون قياسًا دقيقًا جدًا لكتلة الثقب الأسود الهائل في قلب درب التبانة ، لأنهم يستطيعون مشاهدة كيفية تحريك جاذبيته للنجوم الفردية في جوارها.
ولكن في المجرات الأخرى ، لا تستطيع مقاريبنا رؤية حركات النجوم الفردية ، على حد قولها. لذلك عالق الفيزيائيون بقياسات أكثر صرامة: كيف تؤثر كتلة الثقب الأسود على الضوء القادم من طبقات مختلفة من النجوم في المجرة ، أو كيف تؤثر كتلته على الضوء القادم من طبقات مختلفة من الغاز العائم الحر في المجرة.
لكنها قالت إن هذه الحسابات غير كاملة.
وقالت: "عليك أن تضع نموذجاً لنظام معقد للغاية".
وتنتهي الطريقتان إلى إنتاج نتائج مختلفة إلى حد ما في كل علماء الفيزياء في المجرة. ولكن على الأقل بالنسبة للثقب الأسود في برج العذراء ، نعلم الآن أن طريقة واحدة صحيحة.
وقالت سيرا ماركوف ، عالمة الفيزياء الفلكية من جامعة أمستردام والمتعاونة في المشروع في المؤتمر الصحفي: "إن تصميمنا على 6.5 مليار كتلة شمسية ينتهي بهبوطها مباشرة فوق تحديد الكتلة الأثقل من".
وقال بونينج إن هذا لا يعني أن الفيزيائيين سينتقلون بالجملة إلى هذا النهج لقياس كتل الثقب الأسود. لكنها تقدم نقطة بيانات مهمة لتحسين الحسابات المستقبلية.
