آیا تصویر سیاه چاله نظریه نسبیت اینشتین را تأیید می کند؟

نظریه اینشتین در سال 1919 تأیید شد، زمانی که ستاره شناس بریتانیایی سر آرتور ادینگتون خمش ستاره ای را در اطراف خورشید در یک خورشید گرفتگی کامل اندازه گیری کرد. و از آن زمان دوباره تأیید شده است. در حال حاضر چطور؟

Sharing is caring!
دونات زنجیر نارنجی زرد در فضا با مرکز دایره سیاه شکل گرفته است.
در نهایت از سایه ها کشید. تصویر از طریق همکاری تلسکوپ افق رویداد .

توسط کوین پیمبولت ، دانشگاه هال

سیاه چاله ها ستاره های بلند داستان های علمی تخیلی هستند. اما شهرت هالیوود آنها کمی عجیب و غریب است، زیرا هیچکس تا به حال هیچکدام از آنها را ندیده است. اگر شما نیاز دارید که به باور برسید، پس از تلسکوپ فضایی رویداد (EHT)، که اولین تصویر مستقیم یک سیاهچاله را تولید کرده است، تشکر کنید. این قابلیت شگفت انگیز، همکاری جهانی را برای تبدیل زمین به یک تلسکوپ غول آسا و تصویر کردن یک هزار هزار تریلیون کیلومتر دورتر مورد نیاز است.

همانطور که خیره کننده و زمینی است، پروژه EHT صرفا در مورد چالش نیست. این آزمون بی سابقه ای است که آیا ایده های انیشتین در خصوص ماهیت فضا و زمان در شرایط شدید از بین می رود یا خیر و به نظر سیاهچاله ها در جهان نزدیک تر است.

برای کوتاه کردن یک داستان طولانی کوتاه: انیشتین درست بود.

گرفتن غیر قابل اجتناب

یک سیاهچاله یک منطقه از فضا است که جرم آن بسیار بزرگ و متراکم است و حتی نور نمی تواند از جاذبه گرانشی آن فرار کند. در مقابل فضای سیاه سیاه و سفید فراتر از آن، ضبط یک کار غیرممکنی است. اما به لطف کار پیشگامانه استفن هاوکینگ، ما می دانیم که توده های عظیم نه تنها سیاه پوستان نیستند . نه تنها آنها قادر به انتشار جت های بزرگ پلاسما هستند، بلکه گرانش فراوان خود را در جریانات ماده به هسته خود می کشد.

کتی بومان در توسعه الگوریتمی کمک کرد که جهان را ببیند که چطور سیاهچاله است.

هنگامی که ماده به یک افق رویداد سیاهچاله نزدیک می شود – نقطه ای که حتی نور نمی تواند از آن فرار کند، این دیسک را تشکیل می دهد. ماده در این دیسک برخی از انرژی های آن را به اصطکاک تبدیل می کند، زیرا آن را در برابر ذرات دیگر ماده پاک می کند. این دیسک را گرم می کند، درست همانطور که دستانمان را در روز سرد سرد می کنیم و آنها را با هم مالش می دهیم. موضوع نزدیکتر، اصطکاکی بیشتر است. مادهای که نزدیک به افق رویداد درخشان با گرمای صدها خورشید درخشان است. این نور این است که EHT همراه با “شبح” سیاهچاله شناسایی شده است.

تولید تصویر و تجزیه و تحلیل چنین داده ها کار شگفت آور سخت است. به عنوان یک ستاره شناس که سیاهچاله ها را در کهکشان های دور بررسی می کند ، معمولا نمی توان یک ستاره تنها در این کهکشان ها را به تصویر بکشد، بجز دیدن سیاهچاله ها در مراکز آنها.

تیم EHT تصمیم گرفت تا دو تا از نزدیکترین سیاه چاله های فوق العاده را به ما هدایت کند – هر دو در کهکشان بزرگ بیضوی شکل، M87 و در آبراهه A *، در مرکز Milky Way ما.

برای این که این چالش چقدر سخت باشد، در حالی که سیاهچاله شیری جرمی 4.1 میلیون پوندی دارد و قطر آن 60 میلیون کیلومتر است (37 میلیون مایل)، آن 250،614،750،218،665،392 کیلومتر [155،724،785،574،924،740 مایل] از زمین است معادل سفر از لندن به نیویورک 45 تریلیون بار. همانطور که توسط تیم EHT یادآوری شده است ، مانند رفتن به نیویورک و تلاش برای شمردن شمشیرها در یک توپ گلف در لس آنجلس و یا تصویربرداری پرتقالی در ماه است.

برای عکس گرفتن چیزی غیرممکن دور، تیم نیاز به یک تلسکوپ بزرگ به عنوان زمین خود. در صورت عدم وجود چنین دستگاهی، دستگاه EHT با هم تلسکوپ ها را از اطراف سیاره متصل می کند و داده های آنها را ترکیب می کند. برای گرفتن تصویر دقیق در چنین فاصله ای، تلسکوپ ها باید پایدار باشند، و خواندن آنها به طور کامل هماهنگ شود.

چگونه محققان اولین تصویر سیاهچاله را گرفتند.

برای انجام این کار چالش انگیز، تیم ساعتهای اتمی بسیار دقیق را استفاده کرد که فقط یک ثانیه در صد میلیون سال از دست می دهد. 5 هزار ترابایت اطلاعات جمع آوری شده بسیار بزرگ بود که باید در صدها هارد دیسک ذخیره شده و از نظر جسمی به یک ابر رایانه منتقل شود، که اختلاف زمانی داده ها را اصلاح کرد و تصویر را در بالا تولید کرد.

نسبیت عام

با یک احساس هیجان، من جریان زنده را مشاهده کردم که تصویری از سیاهچاله را از مرکز M87 برای اولین بار نشان داد.

مهمترین ابتدایی خانه است که اینشتین درست است. باز هم تئوری نسبیت کلی او در دو سال گذشته دو آزمایش جدی را از شرایط شدید جهان انجام داده است. در اینجا، نظریه انیشتین مشاهدات M87 را با دقت بی نظیر پیش بینی کرده و ظاهرا توصیف صحیح ماهیت فضا، زمان و گرانش است.

اندازه گیری سرعت مواد در اطراف مرکز سیاه چاله سازگار با نزدیک شدن به سرعت نور است. از این تصویر، دانشمندان EHT دریافتند که سیاهچاله M87 6.5 میلیارد برابر با جرم خورشید و 40 میلیارد کیلومتر است که بزرگتر از منظومه خورشید 200 سال نپتون است.

سیاه چاله راه شیری به دلیل تغییرات سریع در خروجی نور برای این تصویر دقیق به نظر می رسید. امیدوارم، به زودی تلسکوپهای بیشتری به آرایه EHT افزوده شود تا تصاویر واضحتری از این اشیا جذاب داشته باشند. من شکی ندارم که در آینده ای نزدیک، ما قادر خواهیم بود نگاهی به قلب تاریک کهکشان خودمان داشته باشیم.

کوین پیمبولت ، مدرس ارشد فیزیک، دانشگاه هال

خط پایین: یک فیزیکدان توضیح می دهد که چگونه تصویر سیاهچاله کمک می کند تا از نظریه نسبیت انیشتین حمایت کند.