لینک کوتاه در کلیبرد کپی شد!http://akhr.ir/5167772
۲.۹K
۱۲
خراسان/ خبر ساعت 5:30 عصر چهارشنبه 21 فروردين ماه کوتاه بود و يک عکس داشت. عکسي شبيه يک دونات نارنجي در پس زمينهاي سياه رنگ. هميشه دربارهاش ميگفتند چون تاريک است، قابل مشاهده نيست. فکر نميکرديم هيچ وقت هيچ عکسي از آن ثبت بشود اما حالا همين عکس شده است شانس جدي دريافت نوبل فيزيک امسال. سياهچالهها هميشه به دليل ماهيت مرموز و ناشناختهشان مورد بحث و پرسش بودهاند. مفهومي که خيليها، آن را بيشتر تخيلي و نه علمي ميدانستند و هر وقت نامي از آن ميشنيدند، خرده ميگرفتند که درباره چيزي که حتي ديده نميشود چطور اين همه نظريه و حرف وجود دارد. تا امروز تمام تصاويري که از سياهچالهها در اينترنت پيدا ميشد، تصاوير شماتيکي بود که با اطلاعات دانشمندان و تخيلات گرافيستها شکل گرفته بود. عکسهايي خوش آب و رنگ از چيزي که «اينشتين» و «استيون هاوکينگ» دربارهاش حرفها و نظريات زيادي داشتند. حالا اما اين تصوير تار و کم رنگ شايد به اندازه تصويرهاي ساختگي توجهمان را جلب نکند اما واقعيترين چيزي است که از سياهچالهها داريم. تصويري که از آن در آستانه پنجاه و هشتمين سالگرد فتح فضا توسط انسان به دست آمد و احتمالا مقدمهاي براي کشف شگفتيهاي جديد درباره کيهان خواهد بود. 58 سال پيش در اين روزها بشر توانست به فضا برود و حالا عکسي از رمزآميزترين جرم کيهان گرفته است. در اين پرونده درباره سياهچالهها، ماهيتشان و تلسکوپهايي که توانستند اين عکس مهم و تاريخي را ثبت کنند براي شما ميگوييم.
ما چه زماني و چطور سياهچالهها را شناختيم؟
در حقيقت سير کشف سياهچالهها طوري بود که خود دانشمندان را دچار حيرت کرد. مفهوم جسمي که آن قدر پرجرم است که حتي نور هم نميتواند از جاذبهاش بگريزد، نخستين بار از سوي زمينشناسي به نام «جان ميشل» در سال ۱۷۸۳ مطرح شد. در آن زمان مفهوم نظريه گرانش نيوتن و مفهوم سرعت فرار شناخته شده بود. طبق محاسبات «ميشل» اگر جسمي را با شعاع خورشيد اما چگالي پنج هزار برابر فرض کنيم آن گاه دقيقا يک سياهچاله داريم.
نام گذاري که برازنده سياهچاله است!
به عبارتي براي تبديل شدن يک ستاره به سياهچاله لازم است مواد بر اثر گرانش شديد و فروريزش، در ابعاد بسيار کوچکي قرار گيرند. اين اندازه و ابعاد، محاسبات مشخصي دارد. در اين حالت سطح جسم بسيار سنگين و چگال سرعت فرار بيشتر از سرعت نور خواهد بود بنابراين غيرقابل مشاهده است. به معناي ساده تر نور هم نميتواند از آن فرار کند و جذب گرانش شديد سياهچاله ميشود. پس با يک جسم سياه مرموز طرف هستيم که نامش واقعا برازندهاش است! بعد از آن يک رياضي دان در کتاب خودش از خواص احتمالي اجرام بسيار چگال گفت در حالي که جامعه علمي به آن اعتنايي نکرد چون فيزيک دانها نميتوانستند درک کنند که نور که يک موج و بدون جرم است، چگونه ممکن است تحت تأثير نيروي گرانش قرار گيرد. کم کم با پا گذاشتن نظريه نسبيت عام آلبرت اينشتين به عرصه علم، دانشمندان توانستند براي سياهچالهاي که به شدت برايشان مبهم بود، خواص و ويژگيهاي مشخصي تعريف کنند. بعد از آن در سال 1960 با کمک رياضيدانها و فيزيک دانها بالاخره مشخص شد که واقعا سياهچالهها وجود دارند و خواصي که برايشان پيشبيني شده بود، درست است.
مورد عجيب ستارههاي کهنسال و سنگين وزن
سياهچالهها هر قدر هم حيرتآور و شگفتانگيز باشند اما بايد باور کنيد که زماني براي خودشان ستارهاي بوده اند. افرادي که کمي با دنياي نجوم آشنا هستند، ميدانند ستارهها هم مثل ما آدمها زندگي ميکنند يعني متولد ميشوند، دوره کودکي و نوجواني را پشت سر مي گذارند بيشترين سال هاي زندگي شان در دوره جواني مي گذرد و کم کم ميافتند توي سرازيري عمرشان و ميانسالي و پيري را تجربه ميکنند. فقط نکته مهم اين جاست که دورههاي مختلف زندگيشان و اين که عمرشان چقدر باشدو چطور بگذرد به جرمشان بستگي دارد. اگر سنگين وزن باشند و پر جرم، سالهاي پاياني حياتشان بسيار پر حادثه و هولناک است. ستارهها، راکتورهاي همجوش عظيمي هستند که در خود ميجوشند و به دو دليل تمايل بسيار زيادي براي فروپاشي دارند؛ به شدت بزرگ هستند و از گاز تشکيل شده اند. اين دو عامل کافي است تا ميدان گرانشي شديدي شکل بگيرد و ستاره را از درون منهدم کند. بار ديگر که خورشيد را در آسمان ديديد، به اين فکر کنيد که همان لحظه در سطح خورشيد ميليونها اتم در حال همجوشي با يکديگر هستند تا هسته اتمهاي سنگينتر را بسازند و هر چه اين فعاليت ادامه مييابد، خورشيد پيرتر و پيرتر و به روزهاي نهايي عمرش نزديک تر ميشود تا در نهايت سوخت اش تمام شود. به محض اينکه ستاره از پاي در ميآيد، واکنش همجوشي هستهاي متوقف ميشود چراکه سوخت مد نظر ديگر تمام شده و چيزي براي سوختن و انفجار وجود ندارد. در همين حال، نيروي انفجاري به صفر ميرسد اما نيروي جاذبه سر جاي خود باقي است. بنابراين با قدرت هرچه تمامتر ستاره را به درون ميکشد. وقتي ستاره فشرده ميشود، به تدريج داغ و منفجر ميشود که طي آن مواد و اشعهها به درون فضا پرتاب ميشوند. آن چه باقي ميماند، هسته اي بسيار فشرده و عظيم است. گرانش هسته به قدري بالاست که حتي نور هم نميتواند از آن فرار کند.
چند عدد جالب درباره سياهچاله تازه کشف شده8 تلسکوپ، 7 سال تلاش و يک عکس
نظريه نسبيت عام اينشتين پيشبيني کرده بود که يک جرم به اندازه کافي فشرده شده، ميتواند سبب تغيير شکل و خميدگي فضا-زمان و تشکيل سياهچاله شود. مرز اين ناحيه از فضا – زمان را که هيچ چيزي پس از عبور از آن نميتواند به بيرون برگردد، افق رويداد مينامند. عکس خبرساز اين روزها هم از دل پروژه افق رويداد بيرون آمد که اطلاعاتي درباره اين پروژه خواهيد خواند.
7-هفت سال دادهگيري از مرکز کهکشان همسايه: پروژه عکسبرداري از سياهچالهها از سال ۲۰۱۲ با هدف مشاهده مستقيم آنها شروع شد. ابتداي کار، دو سياهچاله براي تصويربرداري مد نظر بودند. يکي سياهچاله موجود در مرکز کهکشان راه شيري و ديگري سياهچاله واقع در مرکز کهکشان همسايه به نام M87 اما به دليل فعاليت شديد سياهچاله مرکز کهکشان راه شيري امکان تصويربرداري آن وجود نداشت. بنابراين سياهچاله M87 در محوريت پروژه قرار گرفت.
6.5-شش و نيم ميليارد برابر جرم خورشيد: تلسکوپ افق رويداد ، يک آرايه بزرگ تلسکوپي در کشورهاي مختلف جهان است که براي اين پروژه تدارک ديده شده بود. داده هاي به دست آمده در اين پروژه چيزي در حدود پنج ميليون گيگابايت بود که از تلسکوپ هايي در آريزونا، هاوايي، شيلي، مکزيک،اسپانيا و قطب جنوب به دست آمده بود. سياهچاله اي که بالاخره تصويرش ثبت شد، حدود 6.5 ميليارد برابر خورشيد جرم دارد.
2- دو رنگ با دو مفهوم متفاوت: بخش روشن تر به رنگ نارنجي، نشان دهنده موادي است که در دام گرانش سياهچاله گرفتار شده اند، ناحيه اي قرص مانند از گاز داغ چرخان به گرد سياهچاله. اين تصوير شايد در نگاه اول بسيار غير واضح و معمولي به نظر برسد اما طبق گفته «کارلوس موداس» مدير پروژه افق رويداد، تاريخ علم و انسان شناسي به دو دوره قبل و بعد اين تصوير تقسيم مي شود.
40-چهل ميليارد کيلومتر قطر سياهچاله: قطراين سياهچاله نزديک به 40 ميليارد کيلومتر است، چيزي در حدود سه ميليون برابر قطر زمين. اين ابعاد از کل منظومه شمسي ما هم بزرگ تر است که باور کردنش هم سخت است! تصوير به دست آمده از سياهچاله مرکز کهکشان، بخشي سياه رنگ دارد که دقيقا همان مرز افق رويداد و خود سياهچاله است.
دکتر «شهرام عباسي»، عضو هيئت علمي گروه فيزيک و نجوم دانشگاه فردوسي، از اهميت اين عکس ميگويد: معمايي که براي همه جذاب بود
احتمالا هر فردي بعد از دست به دست شدن پيوسته اين عکس در شبکههاي اجتماعي و تکرارش در اخبار و روزنامهها، از خود ميپرسد چرا بايد يک عکس از جرم آسماني تا اين حد مهم باشد؟ چه فرقي ميکند که سياهچالهها دقيقا چه شکلي هستند و چقدر ضروري است که ما تصويري واقعي از آنها داشته باشيم يا يک تصوير شماتيک. در گفتوگوي کوتاهي با يک اخترفيزيک دان سعي کرديم به اين پرسشها پاسخ دهيم. دکتر «شهرام عباسي»، عضو هيئت علمي گروه فيزيک و رئيس دانشکده علوم دانشگاه فردوسي و عضو هيئت مديره انجمن نجوم ايران، اغلب تحقيقات و پروژههاي علمياش را در زمينه قرصهاي گازي چرخان اطراف سياهچالهها انجام داده است و مقالات علمي زيادي در اين زمينه تأليف کرده است. در مصاحبهاي که در ادامه خواهيد خواند، او براي مان از اهميت اولين تصوير منتشر شده از سياهچالهها مي گويد.
چرا سياهچالهها براي دانشمندان مهم هستند؟
از زماني که تئوري سياهچالهها مطرح شد، به دليل شگفتي و ابهامي که داشت، براي همه شاخههاي فيزيک مهم بود. اين که يک جرم در فضا وجود داشته باشد که اطلاعات از آن بيرون نميآيد و حتي نور و جرم هم درون آن ميافتند و مجالي براي خروج ندارند، بسيار جذاب و معماگونه بود. از بُعد اخترفيزيکي و کيهان شناختي اين که در مرکز کهکشان جرم ماده اي از ميليونها تا ميلياردها برابر بقيه کهکشان باشد، قابل توجه بود. از روي شواهد رصدي و حرکت جرم فوق سنگين در مرکز کهکشان خودمان و همچنين اين که ستارهها حول مرکز کهکشان ميچرخند، به نظر ميرسيد در آن بخش بايد جرم بسيار سنگيني وجود داشته باشد. دهه 60 و 70 ميلادي با گسترش نجوم راديويي و پرتو ايکس، با ديدن مرکز کهکشان گاز بسيار داغي را مشاهده کردند. در مشاهدات بعدي موادي را ديدند که به سمت بيرون پرتاب ميشوند. امروز ميدانيم موادي که از بالا و پايين هسته مرکزي کهکشان به بيرون پرتاب ميشوند، همان جتهاي اخترفيزيکي هستند. در دهه 70 و 80 قرصهاي گازي اطراف سياهچالهها به طور غير مستقيم رصد شدند اما هنوز تصويري از خود سياهچالهها به دست نيامده بود. چون سياهچالهها تاريک هستند و تا آن زمان فقط به واسطه آثارشان قابل بررسي بودند. براي درک بهتر اين موضوع فرض کنيد سياهچاله شبيه يک موجود نامرئي باشد که با يک لباس بيرون مي آيد. در حقيقت سياهچالهها مثل يک شبح هستند و قرصهاي گازي اطرافشان حکم همان لباس را دارند.
چطور به کمک چند تلسکوپ يک عکس نهايي از سياهچاله به دست آمد؟
محاسبات دانشمندان نشان ميداد براي ثبت تصوير از يک سياهچاله با تلسکوپهاي روي زمين نياز است که تلسکوپي با قطر دهانهاي به اندازه قطر کره زمين داشته باشيم. همين شد که مهندسها و اخترفيزيکدانها آرايه تلسکوپ راديويي «افق رويداد» را آماده کردند و تلاشها براي ثبت يک تصوير واقعي از سياهچالهها شروع شد. در اين پروژه از روش تداخل سنجي براي ترکيب دادهها استفاده شد و تقريبا همان توان تفکيکي به دست ميآمد که به لحاظ نظري براي ثبت تصوير از افق رويداد سياهچاله انتظار ميرفت.
هدف اصلي ثبت عکس از يک سياهچاله چه بود، آيا اين عکس قرار است اطلاعات خاصي به ما بدهد؟
اين تصوير از اين نظر براي بشر اهميت دارد که اولين تصوير واقعي از يک سياهچاله است و نه يک تصوير شبيه سازي شده يا يک تصوير غير مستقيم از اين جرم مرموز. چند سال پيش «کيپ تورن» اختر فيزيک دان سرشناس و «کريستوفر نولان» کارگردان معروف در آمريکا سعي کردند در فيلم «ميان ستارهاي» شرايط داخل يک سياهچاله را شبيه سازي کنند، به اين خاطر که مفهوم سياهچاله و اتفاقاتي که در داخل آن ميافتد هميشه مورد توجه دانشمندان و عموم مردم بوده است. اندکي پيشتر «استيون هاوکينگ» بارها در سخنرانيها و نظرياتش درباره امکان ورود به سياهچاله صحبت کرده بود. اين سوال مهم که در سياهچاله چه خبر است، هنوز هم براي بشر جذاب است و به دست آوردن يک تصوير از سياهچاله ميتواند مقدمهاي براي کشف اطلاعات جالب ديگر باشد. مشاهده آثار لنز گرانشي تاييدي است بر نظريه نسبيت عام اينشتين و رصد مستقيم سياهچالهها از صحت اين نظريه حکايت دارد. نکته مهم ديگر اين است که در جايي که تئوريها پيشبيني ميکرد سياهچاله وجود دارد، يعني در مرکز کهکشانها واقعا سياهچاله ديده شده است و اين توافق تئوري و رصد را نشان ميدهد.
نويسنده: مريم ملي/ دانش آموخته کارشناسي ارشد اختر فيزيک
ما را در کانال «آخرين خبر» دنبال کنيد