أكبر شيء في سماء الليل - بعيد جدًا - غير مرئي بالنسبة لنا. الكائن هو ثقب أسود فائق الكتلة (SMBH) في مركز مجرتنا درب التبانة ، يُدعى القوس أ. لكن قريبًا قد تكون لدينا صورة لأفق حدث القوس. وقد تشكل هذه الصورة تحديًا لنظرية النسبية العامة لأينشتاين.
لم يسبق لأحد أن رأى أفق حدث الثقب الأسود. يمنع الجاذبية الشديدة أي شيء ، حتى الضوء ، من الهروب. أفق الحدث هو نقطة اللاعودة. لا يهم ، لا ضوء ، ولا يمكن لأي معلومات الهروب. ولكن قد نكون قريبين من الحصول على صورة لأفق حدث القوس ، بفضل تلسكوب أفق الحدث (EHT).
EHT هو تعاون دولي مصمم للتحقيق في المحيط المباشر للثقب الأسود. إنه ليس تلسكوبًا واحدًا ، بل هو نظام مرتبط بالتلسكوبات الراديوية في جميع أنحاء العالم يعمل جميعًا معًا باستخدام قياس التداخل. من خلال قياس الطاقة الكهرومغناطيسية من المنطقة المحيطة بالثقب الأسود بأطباق راديو متعددة في مواقع متعددة ، يمكن استخلاص بعض خصائص المصدر.
يأمل الباحثون في EHT أن تقدم ملاحظاتهم في النهاية صورًا للتأثيرات الجاذبية الشديدة التي نتوقع رؤيتها بالقرب من الثقب الأسود. كما يأملون في الكشف عن بعض الديناميكيات في العمل بالقرب من الحفرة حيث تصل المادة المدارية في قرص التنامي إلى السرعة النسبية.
جمع مشروع EHT بيانات عن القوس A ، وثقب أسود آخر يسمى M87 في مركز مجرة العذراء A ، على مدى أربع سنوات. انتهت تلك السنوات الأربع في أبريل 2017 ، لكن فريق 200 عالم ومهندس ما زالوا يحللون البيانات. في غضون ذلك ، أصدر الفريق صورًا لنماذج الكمبيوتر لما يأملون في رؤيته.
قد لا تبدو الصورة كثيرة ، لكنها مهمة. وهو ما يعادل قراءة عنوان صحيفة على القمر أثناء الوقوف على الأرض. قد تساعدنا الصورة في الإجابة عن بعض الأسئلة المربكة بشأن الثقوب السوداء:
- ما الدور الذي لعبته الثقوب السوداء في تكوين المجرات؟
- كيف يبدو الضوء والمادة عندما يسقطان باتجاه الثقب الأسود؟
- مما تتكون تيارات إطلاق النار من الثقوب السوداء؟
هناك أيضًا فرصة أن الصورة التي تنتجها EHT من القوس A ستعني أنه يجب تحديث نظرية النسبية العامة لأينشتاين. (على الرغم من أنها عادة فكرة سيئة للمراهنة ضد أينشتاين.)
الثقوب السوداء وأفق الحدث
الثقوب السوداء هي في الأساس جثة نجم. عندما يحترق نجم ضخم للغاية من خلال كل وقوده ، فإنه ينهار إلى نقطة شديدة الكثافة ، أو التفرد. يحتوي الثقب الأسود على قوة جاذبية قوية للغاية تسحب الغاز والغبار نحوه. مرة واحدة كل 10000 سنة أو نحو ذلك ، يستهلك القوس A نجمًا.
أفق الحدث مثل قذيفة حول الثقب الأسود. بمجرد وصول أي مسألة - أو حتى ضوء - إلى أفق الحدث ، تنتهي اللعبة. يزداد حجم الثقب الأسود أثناء استهلاكه للمادة ، ويتسع أفق الحدث أيضًا.
القوس A ، ثقبنا الأسود الضخم للغاية (SMBH) ، ضخم. لديها كتلة أكبر بـ 4 ملايين مرة من الشمس. ولكن على الرغم من ذلك ، فهي ليست بهذا الحجم مقارنة مع SMBH الأخرى. أما SMBH الأخرى في مشروع EHT فهي أكبر بكثير ، حيث تبلغ كتلة الشمس 7 مليار مرة كتلة الشمس.
سوف ينتج EHT صورة لأفق الحدث من خلال دراسة المنطقة حول الثقب الأسود. يحدث شيء للمادة عندما تقع في الثقب الأسود. إنها تشكل قرصًا متزايدًا من الغاز المتطاير والغبار الذي يكون بشكل أساسي في نمط احتجاز حتى يتم امتصاصه في الحفرة. تسرع تلك المادة إلى السرعات النسبية ، وهو ما يعني قريبًا من سرعة الضوء. عندما يحدث ذلك ، ترتفع درجة حرارة المادة ، وتنبعث منها الطاقة.
لكن الثقب الأسود شديد الجاذبية لدرجة أنه يثني هذا الضوء في ظاهرة تسمى عدسة الجاذبية. يخلق هذا العدسة منطقة مظلمة تسمى ظل الثقب الأسود. وفقًا للنظرية ، يجب أن يكون أفق الحدث أكبر بحوالي 2.5 مرة من الظل. لذا بمجرد أن يحصل العلماء على صورة الظل ، فإنهم يعرفون حجم أفق الحدث. يتناسب حجم أفق الحدث مع كتلة الثقب الأسود. لذا في حالة القوس A ، يجب أن يبلغ قطرها حوالي 24 مليون كيلومتر (15 مليون ميل).
لذلك لن تكون هناك أي صور للثقب الأسود نفسه ، ولكن ستكون هناك صور للظلال التي يلقيها الثقب الأسود. من الناحية العلمية ، هذه قفزة كبيرة في فهمنا للثقوب السوداء. وفي حالة وجود أي شك حول وجود ثقوب سوداء ، فإن صورة الظل ستقدم دليلاً قويًا على أن الثقوب السوداء موجودة بالفعل.
EHT والطائرات
على الرغم من الحجم الكبير لـ القوس ، إلا أنه صغير في السماء. إنه صغير جدًا بحيث يتعذر على المقراب رؤيته. لهذا السبب تم تنفيذ EHT. فهو يجمع 7 تلسكوبات راديوية منفصلة حول العالم في تلسكوب افتراضي واحد كبير باستخدام تقنية تسمى قياس التداخل الأساسي الطويل جدًا (VLBI) ، وهو أمر مألوف لدى هواة الفلك. يمتلك التلسكوب الافتراضي قدرة حل أكبر بكثير من نطاق واحد ، وسمح للفلكيين بدراسة المنطقة بالقرب من Sgr. أ.
خلال فترة أسبوع واحد في أبريل من عام 2017 ، وجه فريق EHT جميع نطاقاته السبعة إلى Sgr A ، وسجلت سبع ساعات ذرية توقيت وصول الإشارات إلى كل تلسكوب. من خلال دراسة ودمج الإشارات ، يمكن للعلماء إنشاء صورة لـ Sgr A. وهي عملية تستغرق وقتًا طويلاً.
تعتبر الطائرات النشيطة التي تتدفق من محيط الثقب الأسود ذات أهمية خاصة للباحثين. تسخن المادة التي تدور حولها في قرص تراكم الثقب الأسود حتى مليارات الدرجات. يدخل بعضها إلى الثقب الأسود ، ولكن ليس كلها.
تعتبر الطائرات النشيطة هي الجزء الذي يهرب من قرص التنامي. يسافرون على مقربة من سرعة الضوء لعشرات الآلاف من السنين الضوئية. يريد العلماء معرفة المزيد عنها.
عندما يتعلق الأمر ب Sgr. لا نعرف إذا كانت هناك طائرات. لم تكن نشطة للغاية في العقود القليلة الماضية ، لذلك قد لا يكون هناك طائرات. ولكن إذا كانوا هناك ، ستلتقط EHT إشارات الراديو هناك. ثم قد نحصل على إجابات لبعض الأسئلة الأساسية حول الطائرات:
- كيف تبدأ؟
- كيف يتسارعون إلى السرعات النسبية؟
- كيف يبقون مركزين بإحكام؟
- مما صنعت بالضبط؟
هل نظرية النسبية العامة لأينشتاين في مشكلة؟
على الاغلب لا. لكن هناك فرصة.
إن معظم نظامنا الشمسي هو مكان عمل جميل. وهذا هو المكان الذي تأتي منه معظم أدلة الملاحظة التي تدعم النسبية العامة. لكن المنطقة المحيطة بالثقب الأسود ليست حيًا طبيعيًا.
الظروف هناك شديدة. الجاذبية الشديدة ، النفاثات شديدة التسخين من المواد تتحرك بالقرب من سرعة الضوء ، وأفق الحدث. ولكن فيما يتعلق بالنسبية العامة ، فإن الأمر يتعلق في الغالب بالجاذبية والضوء.
تتنبأ النسبية العامة بأن جاذبية الثقب الأسود ستنحني الزمكان وتوجه كل شيء نحوه ، بما في ذلك الضوء. ستوفر البيانات التي جمعتها EHT قياسات لهذه الظاهرة التي يمكن مقارنتها بتنبؤات آينشتاين. إذا تطابق البيانات مع التوقعات ، يفوز أينشتاين مرة أخرى.
النسبية العامة تقدم تنبؤًا آخر: يجب أن يكون الظل الذي يلقي بقرص التنامي دائريًا. إذا لم يكن دائريًا ، وكان أكثر من شكل بيضاوي ، فإن الصيغ في النسبية العامة ليست دقيقة تمامًا.
جون ووردل هو عالم فلك كان يدرس الثقوب السوداء منذ عقود ، عندما كان لا يزال مجرد هيكل نظري. يشارك بقوة في مشروع EHT. يعتقد وردل أن النسبية العامة ستصمد أمام هذا الاختبار ، وأن آينشتاين سيفوز مرة أخرى. ولكن إذا فشلت النسبية العامة في هذا الاختبار ، فسوف نجد أنفسنا في موقف صعب وغريب للغاية.
قال Wardle ، "بعد ذلك سنكون في سترة مستقيمة شديدة لأنه لا يمكنك إجراء تغييرات تخرب كل القطع الأخرى التي تعمل". "سيكون ذلك مثيرا للغاية."
- بيان صحفي من جامعة برانديز: "كيف يبدو الثقب الأسود؟"
- حدث تلسكوب الأفق
- دخول ويكيبيديا: قياس التداخل
- دخول ويكيبيديا: حدث الأفق
