تازه‌ترین شبیه‌سازی ناسا از تاثیر یک سیاهچاله بر چشم‌انداز ما

قرص پرآشوب گاز پیرامون سیاهچاله که تقریبا از لبه دیده می‌شود، نمایی دو-کوهانه پیدا کرده است. کشش گرانشی بی‌اندازه‌ی سیاهچاله مسیر نوری که از بخش‌های گوناگون قرص می‌آید را تغییر داده و چنین تصویر پیچیده‌ای درست کرده. ولی این که ما دقیقا چه می‌بینیم، بستگی به زاویه‌ی دید ما از سیاهچاله و قرصش دارد. بیشترین اعوجاج و دگرگونی زمانی رخ می‌دهد که ما این سامانه را تقریبا از لبه ببینیم. ااین یک تصویر پویا (گیف) است؛ برای کامل شدنش شکیبا باشید. تصویر بزرگ‌تر (۶.۷ مگ)

در شبیه‌سازی تازه‌ای که برای یک سیاهچاله انجام شده می‌بینیم که چگونه گرانش آن، چشم‌انداز ما را دگرگون می‌کند و به محیط پیرامونش نمایی می‌دهد که گویی داریم آن را در یک آینه‌ی کارناوال تماشا می‌کنیم. در این نمایش موادی که به سوی سیاهچاله کشیده شده‌اند را می‌بینیم که در یک ساختار نازک و داغ به نام قرص برافزایشی انباشته شده‌اند. گرانش هولناک سیاهچاله نوری که از بخش‌های گوناگون این قرص می‌آید را کج کرده و نمایی پیچیده به آن داده.

با چرخش و پیچش میدان‌های مغناطیسی در گازهای پرآشوب این قرص، گره‌های روشنی به طور پیوسته در قرص ساخته می‌شوند و از هم می‌پاشند. گازها در نزیک‌ترین جاها به سیاهچاله، سرعتی نزدیک به سرعت نور دارند، ولی بخش‌های بیرونی‌تر کمی آهسته‌ترند. این اختلااف باعث کش آمدن و شکافتن گره‌های روشن شده، و رگه‌های تاریک و روشن در قرص پدید می‌آورند.

قرص که در حقیقت لبه‌نما است، یعنی از دید ما از لبه (از پهلو) دیده می‌شود، سمت چپش روشن‌تر از سمت راست دیده می‌شود. گازهای برافروخته‌ی سمت چپ قرص به اندازه‌ای سریع رو به ما می‌آیند که اثرهای نسبیت اینشتین باعث پرنورتر شدن آن شده [پرتوافکنی نسبیتی یا دوپلری-م]؛ همین پدیده در سمت راست اثرِ وارونه گذاشته و چون گازها از ما دور می‌شوند، اندکی تیره‌تر به نظر می‌رسند. اگر قرص برافزایشی "رونما" بود، یعنی اگر آن را درست از جلو می‌دیدیم، این بی‌تقارنی از بین می‌رفت، زیرا در چنین چشم‌اندازی، هیچ بخشی از قرص در راستای خط دید ما حرکت نمی‌کند [بنابراین بیشترین اعوجاج تصویری هنگامیست که قرص را از لبه ببینیم].

در نزدیک‌ترین نقطه به سیاهچاله، خمِشِ (انحنای) نور در اثر گرانش به اندازه‌ای شدید می‌شود که می‌توانیم بخش زیرین قرص را هم مانند یک حلقه‌ی روشن از نور ببینیم که انگار نمای کلی سیاهچاله و لبه‌اش را نشان می‌دهد. این حلقه که به اصطلاح "حلقه‌ی فوتون" نامیده می‌شود از چندین حلقه تشکیل شده که کم کم نازک‌تر و کم‌نورتر شده؛ در این حلقه، نور تا پیش از آن که بگریزد و به چشم ما برسد، دو، سه و یا چند بار به گرد سیاهچاله چرخیده. از آنجایی که سیاهچاله‌ی درون این شبیه‌سازی کروی است، حلقه‌ی فوتونی آن هم تقریبا دایره‌ای است و از هر زاویه‌ای که دیده شود همین گونه است. درون حلقه‌ی فوتونی سایه‌ی سیاهچاله است، ناحیه‌ای تقریبا دو برابر افق رویداد (نقطه‌ی بی‌بازگشت سیاهچاله).

جرمی اشنیتمن که این نماهای باشکوه را به کمک نرم‌افزارهای رایج در مرکز پروازهای فضایی گادرد ناسا در گرین‌بلت مریلند پدید آورده می‌گوید: «شبیه‌سازی‌ها و فیلم‌هایی از این دست واقعا به ما کمک می‌کنند تا منظور اینشتین از این که "گرانش بافت فضا و زمان را خم می‌کند" را تجسم کنیم. تا همین اواخر، این شبیه‌سازی‌ها محدود به تخیل ما و برنامه‌های رایانه‌ای بودند. من هرگز فکر نمی‌کردم روزی بتوانم یک سیاهچاله‌ی واقعی را ببینم.» گفتنی‌ست در روز ۱۰ آوریل، گروه برنامه‌ی تلسکوپ ایونت هورایزن برای نخستین بار تصویری از سایه‌ی یک سیاهچاله در قلب کهکشان ام۸۷ را که با بهره از رصدهای رادیویی به دست آمده بود منتشر کردند.

قرص پرآشوب گاز پیرامون سیاهچاله که تقریبا از لبه دیده می‌شود، نمایی دو-کوهانه پیدا کرده است. کشش گرانشی بی‌اندازه‌ی سیاهچاله مسیر نوری که از بخش‌های گوناگون قرص می‌آید را تغییر داده و چنین تصویر پیچیده‌ای درست کرده. ولی این که ما دقیقا چه می‌بینیم، بستگی به زاویه‌ی دید ما از سیاهچاله و قرصش دارد. بیشترین اعوجاج و دگرگونی زمانی رخ می‌دهد که ما این سامانه را تقریبا از لبه ببینیم.

A- تصویر سمتِ پنهانِ قرص: نیروی گرانش سیاهچاله مسیر نوری که از سمت پشتی قرص می‌آید را تغییر داده و این بخش تصویر را ساخته.
B- حلقه‌ی فوتونی: حلقه‌ای از نور که از چندین تصویر اعوجاج یافته‌ی قرص تشکیل شده است. نوری که این تصویرها را ساخته تا پیش از آن که به چشم ما برسد، دو، سه یا چند بار دور سیاهچاله چرخیده. این تصویرها هر چه به سیاهچاله نزدیک‌تر شده‌اند نازک‌تر و کم‌نورتر شده‌اند.
C- سایه‌ی سیاهچاله: این ناحیه‌ای تقریبا دو برابر افق رویداد یا نقطه‌ی بی‌بازگشتِ سیاهچاله است که در اثر پدیده‌ی همگرایی گرانشی سیاهچاله و به دام انداختن نور درست شده.
D- پرتوافکنی نسبیتی یا دوپلری: نورِ گازهای برافروخته‌ی درون قرص در سمتی از آن که گازها رو به ما حرکت می‌کنند روشن‌تر، و در سمتی که از ما دور می‌شوند تاریک‌تر شده است.
E- قرص برافزایشی: قرص نازک داغ و چرخانی که از موادی که به آرامی به سوی سیاهچاله کشیده می‌شوند درست شده.
F-تصویر بخش زیرین قرص: پرتوهای نوری که از زیرِ سمت پنهانِ قرص می‌آیند در اثر گرانش، همگراییده (لنزیده) شده و این بخش تصویر را درست کرده‌اند.

-------------------------------------------

تلگرام و توییتر یک ستاره در هفت آسمان:

telegram.me/onestar_in_sevenskies

twitter.com/1star_7sky

واژه‌نامه:

black hole - gravity - carnival mirror - accretion disk - magnetic field - speed of light - Einstein - relativity - photon ring - event horizon - Jeremy Schnittman - NASA - Goddard Space Flight Center - Greenbelt - Maryland - Event Horizon Telescope - galaxy - M87

منبع: nasa

برگردان: یک ستاره در هفت آسمان