هذا ما يبدو عليه الثقب الأسود.
الثقب الأسود ليس ثقبًا في الحقيقة. إنه جسم في الفضاء بكتلة لا تصدق معبأة في منطقة صغيرة جدًا. كل هذه الكتلة تخلق مثل هذا الجاذبية الهائلة التي لا يمكن لأي شيء الهروب من الثقب الأسود ، بما في ذلك الضوء.
الشرح:ما هي الثقوب السوداء؟
يقع الوحش الفائق الكتلة الذي تم تصويره حديثًا في مجرة تسمى M87. شبكة من المراصد تغطي العالم تسمى Event Horizon Telescope ، أو EHT ، تم تكبيرها على M87 لإنشاء هذه الصورة الأولى على الإطلاق للثقب الأسود.
قال شيبرد دويلمان في 10 أبريل / نيسان في واشنطن العاصمة:"لقد رأينا ما اعتقدنا أنه غير مرئي. لقد رأينا والتقطنا صورة لثقب أسود" ، وذلك في أحد المؤتمرات الصحفية السبعة المتزامنة. Doeleman هو مدير EHT. وهو أيضًا عالم فيزياء فلكية في مركز هارفارد سميثسونيان للفيزياء الفلكية في كامبريدج ، ماساتشوستس. تظهر نتائج عمل فريقه في ستة أوراق بحثية في مجلة الفيزياء الفلكية ليترز .
تم التلميح إلى مفهوم الثقب الأسود لأول مرة في ثمانينيات القرن الثامن عشر. جاءت الرياضيات وراءهم من نظرية النسبية العامة لألبرت أينشتاين عام 1915. وحصلت هذه الظاهرة على اسمها "الثقب الأسود" في الستينيات. ولكن حتى الآن ، كانت جميع "صور" الثقوب السوداء عبارة عن رسوم إيضاحية أو محاكاة.
"لقد درسنا الثقوب السوداء لوقت طويل ، وأحيانًا يكون من السهل نسيان أن أحدا منا لم يره بالفعل."
- فرانس كوردوفا ، مديرة المؤسسة الوطنية للعلوم
قالت فرانس كوردوفا في مؤتمر صحفي بواشنطن العاصمة:"لقد درسنا الثقوب السوداء منذ فترة طويلة ، وفي بعض الأحيان يكون من السهل نسيان أن أحدا منا لم يره بالفعل". هي مديرة المؤسسة الوطنية للعلوم. قالت إن رؤية الثقب الأسود "مهمة شاقة".
هذا بسبب صعوبة رؤية الثقوب السوداء. جاذبيتها شديدة لدرجة أنه لا يمكن لأي شيء ، ولا حتى الضوء ، الهروب عبر الحدود عند حافة الثقب الأسود. تُعرف هذه الحافة بأفق الحدث. لكن بعض الثقوب السوداء ، وخاصة الثقوب الفائقة الكتلة التي تسكن في مراكز المجرات ، تبرز. يجمعون أقراصًا لامعة من الغاز ومواد أخرى تحيط بالثقب الأسود. تكشف صورة EHT عن ظل الثقب الأسود لـ M87 على قرص التراكم الخاص به. هذا القرص يبدو وكأنه حلقة غامضة غير متناظرة. إنه يكشف لأول مرة عن الهاوية المظلمة لواحد من أكثر الأشياء غموضًا في الكون.
قال دويلمان:"لقد كان مثل هذا التراكم". "لقد كان مجرد دهشة وعجب ... أن تعرف أنك اكتشفت جزءًا من الكون كان خارج حدودنا".
يقول بريامفادا ناتاراجان إن الكشف الكبير الذي طال انتظاره عن الصورة "يرقى إلى مستوى الضجيج ، وهذا أمر مؤكد". عالم الفيزياء الفلكية بجامعة ييل في نيو هافن بولاية كونيتيكت ليس عضوًا في فريق EHT. "إنه يعيد حقًا إلى الوطن كم نحن محظوظون كجنس في هذا الوقت بالذات ، مع قدرة العقل البشري على فهم الكون ، لبناء كل العلوم والتكنولوجيا لتحقيق ذلك."
كان أينشتاين محقًا
تتوافق الصورة الجديدة مع ما توقع الفيزيائيون أن يبدو شكل الثقب الأسود بناءً على نظرية النسبية العامة بواسطة ألبرت أينشتاين. تتنبأ هذه النظرية بكيفية الزمكان تشوهها الكتلة القصوى للثقب الأسود. الصورة هي "دليل قوي آخر يدعم وجود الثقوب السوداء. وهذا ، بالطبع ، يساعد في التحقق من النسبية العامة ، "كما يقول كليفورد ويل. إنه عالم فيزياء بجامعة فلوريدا في غينزفيل ، وهو ليس عضوًا في فريق EHT. "القدرة على رؤية هذا الظل في الواقع واكتشافه هي خطوة أولى رائعة."
اختبرت الدراسات في الماضي النسبية العامة من خلال النظر إلى حركات النجوم أو السحب الغازية بالقرب من الثقب الأسود ، ولكن ليس عند حافته مطلقًا. يقول ويل:"إنها جيدة بقدر ما تحصل عليها". اقتربت أطراف أصابعك وستكون داخل الثقب الأسود. وبعد ذلك لن تتمكن من الإبلاغ عن نتائج أي تجارب.
يقول عضو فريق EHT فريال أوزيل:"بيئات الثقوب السوداء هي مكان محتمل يمكن أن تنهار فيه النسبية العامة". هي عالمة فيزياء فلكية تعمل في جامعة أريزونا في توكسون. لذا فإن اختبار النسبية العامة في مثل هذه الظروف القاسية قد يكشف عن أشياء لا يبدو أنها تدعم توقعات أينشتاين.
المفسر:الكم هو عالم الأشياء الصغيرة للغاية
ومع ذلك ، تضيف ، لمجرد أن هذه الصورة الأولى تدعم النسبية العامة "لا يعني أن النسبية العامة جيدة تمامًا." يعتقد العديد من الفيزيائيين أن النسبية العامة لن تكون الكلمة الأخيرة في الجاذبية. هذا لأنه غير متوافق مع نظرية فيزيائية أساسية أخرى ، ميكانيكا الكم . تصف هذه النظرية الفيزياء بمقاييس صغيرة جدًا.
قدمت الصورة الجديدة قياسًا جديدًا لحجم وثقل الثقب الأسود لـ M87. وقالت سيرا ماركوف في مؤتمر صحفي بواشنطن العاصمة:"تصميمنا الجماعي بمجرد النظر مباشرة إلى الظل ساعد في حل خلاف طويل الأمد". إنها عالمة في الفيزياء الفلكية النظرية بجامعة أمستردام في هولندا. تراوحت التقديرات التي تم إجراؤها باستخدام تقنيات مختلفة بين 3.5 مليار و 7.22 مليار ضعف كتلة الشمس. تُظهر قياسات EHT الجديدة أن كتلة هذا الثقب الأسود تبلغ حوالي 6.5 مليار كتلة شمسية.
اكتشف الفريق أيضًا حجم العملاق. يمتد قطرها 38 مليار كيلومتر (24 مليار ميل). ويدور الثقب الأسود في اتجاه عقارب الساعة. قال ماركوف:"M87 هو وحش حتى بمعايير الثقوب السوداء الهائلة".
استشراف المستقبل
دربت EHT أنظارها على كل من الثقب الأسود في M87 و Sagittarius A *. يقع هذا الثقب الأسود الهائل الثاني في مركز مجرتنا ، درب التبانة. ولكن ، وجد العلماء أنه من الأسهل تصوير وحش M87 ، على الرغم من أنه يبعد حوالي 2000 مرة عن Sgr A *.
يقع ثقب M87 الأسود على بعد حوالي 55 مليون سنة ضوئية من الأرض في كوكبة العذراء. لكنها أيضًا أكبر بنحو 1000 مرة من كتلة مجرة درب التبانة العملاقة. Sgr A * يزن فقط ما يعادل 4 ملايين شمس. يكاد الثقل الإضافي لـ M87 يعوض عن بُعدها الأكبر. الحجم الذي يغطيه في سمائنا "يشبه إلى حد كبير الرتق" ، كما يقول أوزيل عضو فريق EHT.
نظرًا لأن الثقب الأسود في M87 أكبر وأكثر جاذبية ، فإن الغازات التي تدور حوله تتحرك وتختلف في السطوع بشكل أبطأ مما يحدث حول Sgr A *. وإليك سبب أهمية ذلك. يقول أوزيل:"خلال ملاحظة واحدة ، لم يجلس Sgr A * ساكنًا ، في حين أن M87 لا يجلس". "استنادًا إلى وجهة نظر" هل الثقب الأسود ساكن ويقف لي؟ "، علمنا أن M87 سيتعاون أكثر.
مع المزيد من تحليل البيانات ، يأمل الفريق في حل بعض الألغاز القديمة حول الثقوب السوداء. وتشمل هذه كيف يقذف الثقب الأسود في M87 مثل هذا التدفق اللامع من الجسيمات المشحونة على بعد آلاف السنين الضوئية في الفضاء.
هذه الصورة الأولى تشبه "اللقطة التي سمعت حول العالم" التي أطلقت الحرب الثورية الأمريكية ، كما يقول آفي لوب. إنه عالم فيزياء فلكية بجامعة هارفارد في كامبريدج ، ماساتشوستس. "إنه أمر مهم للغاية. إنه يعطي لمحة عما قد يحمله المستقبل. لكنها لا تقدم لنا كل المعلومات التي نريدها ".
الفريق ليس لديه حتى الآن صورة Sgr A *. لكن الباحثين تمكنوا من جمع بعض البيانات عنه. إنهم يواصلون تحليل هذه البيانات على أمل إضافة معرض جديد لصور الثقب الأسود. نظرًا لأن مظهر هذا الثقب الأسود يتغير بسرعة كبيرة ، يتعين على الفريق تطوير تقنيات جديدة لتحليل البيانات منه.
يلاحظ لوب أن "مجرة درب التبانة هي مجرة مختلفة تمامًا عن مجرة M87". يقول إن دراسة مثل هذه البيئات المختلفة يمكن أن تكشف المزيد من التفاصيل حول كيفية تصرف الثقوب السوداء.
ومع ذلك ، فإن النظرة التالية على العملاقين M87 و Milky Way يجب أن تنتظر. حصل العلماء على فترة جيدة من الطقس الجيد في جميع المواقع الثمانية التي تكونت منها Event Horizon Telescope في عام 2017. ثم كان هناك طقس سيئ في عام 2018. (بخار الماء في الغلاف الجوي يمكن أن يتداخل مع قياسات التلسكوب). ألغيت الصعوبات التقنية المراقبة هذا العام تشغيل.
النبأ السار هو أنه بحلول عام 2020 ، سيتضمن EHT 11 مرصدًا. انضم تلسكوب جرينلاند إلى الكونسورتيوم في عام 2018. سينضم مرصد قمة كيت الوطني خارج توكسون ، أريزونا ، و NOrthern Extended Millimeter Array (NOEMA) في جبال الألب الفرنسية إلى EHT في عام 2020.
يجب أن تسمح إضافة المزيد من التلسكوبات للفريق بتوسيع الصورة. سيسمح ذلك لـ EHT بالتقاط أفضل للطائرات المنبعثة من الثقب الأسود. يخطط الباحثون أيضًا لإجراء ملاحظات باستخدام الضوء ذي التردد العالي قليلاً. يمكن أن تزيد حدة الصورة. وحتى الخطط الأكبر تلوح في الأفق - إضافة تلسكوبات تدور حول الأرض. "الهيمنة على العالم ليست كافية بالنسبة لنا. نريد أيضًا أن نذهب إلى الفضاء ، "قال دويلمان ساخرًا.
قد تكون هذه العيون الزائدة فقط ما هو مطلوب لجلب الثقوب السوداء إلى بؤرة أكبر.
ساهمت الكاتبة في فريق العمل ماريا تيمنج في كتابة هذه القصة.
