چه چیزی شکل سایه یک سیاهچاله را تعیین می‌کند؟

نمایی از شبیه‌سازی گازهای برافزایشی که به گرد یک ابرسیاهچاله در چرخشند. جزییات این گاز چه تاثیری بر نمایی که از سایه‌ی سیاهچاله می‌بینیم می‌گذارد؟

نخستین تصویر دقیق از یک سیاهچاله (در مرکز
کهکشان ام۸۷) که به کمک تلسکوپ ایونت
هورایزن گرفته شده

در ماه آوریل امسال، تلسکوپ "ایونت هورایزن" یا افق رویداد نخستین تصویر پرجزییات از سایه‌ی یک سیاهچاله را ثبت کرد. اکنون در پژوهشی تازه، یک گروه از دانشمندان به بررسی چیزی که اندازه و شکل سایه‌ی سیاهچاله‌هایی مانند این نمونه را تعیین می‌کند پرداختند. 

تصویربرداری از یک سایه

این تصاویر رادیویی خیره‌کننده‌ی تازه که از ابرسیاهچاله‌ی مرکزی کهکشان نزدیکِ ام۸۷ گرفته شده و در بهار امسال از سوی گروه دانشمندان تلسکوپ ایونت هورایزن منتشر شدند یک حلقه‌ی درخشانِ تابشی را گرداگرد یک منطقه‌ی دایره‌ای تیره نشان می‌دهند.

این ساختار روشن از نتایج خمش و تابیده شدن فضازمان به گرد اجسام پرجرمی مانند سیاهچاله‌هاست. این حلقه‌ی نور از فوتون‌هایی تکیل شده که از گازهای داغ و درخشان گرداگرد سیاهچاله گسیلیده شده و مسیرشان پیش از رسیدن به تلسکوپ‌های ما دورِ سیاهچاله خم شده است. منطقه‌ی تیره در مرکز به نام "سایه"ی سیاهچاله خوانده شده؛ این سیاهی مجموعه‌ی مسیرهای فوتون‌هایی‌ست که نتوانسته‌اند بگریزند، بلکه به دام سیاهچاله افتاده‌اند.

شکل برافزایش

تصویر سایه‌ی سیاهچاله در ۳ مدلِ این پژوهش:
فضازمان غیرنسبیتی (بالا)، فضازمان نسبیتی با
گازهای ایستای پیرامون (مرکز)، و فضازمان
نسبیتی با قرص گازی برافزایشی که مارپیچ‌وار
به درون سیاهچاله فرومی‌ریزد

با آن که در برخی از پژوهش‌های گذشته به بررسی شکل سایه‌ی سیاهچاله‌ای که با قرص بسیار نازکی از گازهای برافزوده (قرص برافزایشی) در بر گرفته شده پرداخته شده بود (یک سیاهچاله‌ با قرص فیلم اینترستلار را در نظر بگیرید)، ولی بیشتر ابرسیاهچاله‌ها -مانند ابرسیاهچاله‌ی مرکز ام۸۷ و همچنین ابرسیاهچاله‌ی کهکشان خودمان- به احتمال بسیار با قرص‌هایی از گاز برافزوده‌ی داغ در بر گرفته شده‌اند که بسیار گسترده‌ترند و یک قرص ضخیم انبوه و یا شبه-کروی را ساخته‌اند.

آیا هندسه و حرکت گازهای برافزایشی بر اندازه و شکل سایه‌ی یک سیاهچاله تاثیر می‌گذارد؟

مدل‌های هیولاها

در یک پژوهش تازه، سه دانشمند به نام‌های رامش نارایان و مایکل جانسون از بنیاد اخترفیزیک هاروارد-اسمیتسونین و چارلز گَمی از دانشگاه ایلینوی در اربانا-شمپین به بررسی چگونگی تغییرات سایه‌ی سیاهچاله بر پایه‌ی رفتار گاز داغ پیرامون آن پرداخته‌اند.

نارایان، جانسون، و گمی مدل‌های تحلیلی از یک سیاهچاله که با گاز داغ و نورگذر (نور از گاز می‌گذرد و دیده می‌شود) در بر گرفته شده پدید آورند. سپس آنها نما و ظاهر سایه را به کمک فضازمان‌های گوناگون، حرکت‌های گازیِ گوناگون، و رفتارهای گوناگونِ گازِ نزدیک به سیاهچاله بررسی کردند

کاهش پیچیدگی‌ها

این دانشمندان با شگفتی دریافتند که نمای سایه‌ی سیاهچاله به جزییاتِ برافزایشِ گازِ نزدیک سیاهچاله بستگی ندارد. اندازه‌ی سایه به طور عمده توسط خود فضازمان (که تحت تاثیر جرم سیاهچاله است) تعیین می‌شود. ولی این که پراکندگی (توزیع) گازها پیرامون سیاهچاله چگونه است، و این که گاز ایستا است یا دارد برافزایش یافته و به درون سیاهچاله کشیده می‌شود، اثر آنچنانی روی نمای سایه نمی‌گذارند.

ولی سیاهچاله‌های واقعی کمی آشفته‌تر و پیچیده‌تر از این مدل ساده‌ی با تقارن کروی هستند؛ چرخش سیاهچاله و وجود فواره‌ها یا برون‌ریزی‌ها باعث بی‌تقارنی سایه می‌شوند. ولی نتایج این پژوهشگران به طور کلی به ما می‌گوید که جزییات نزدیک به جریان‌های برافزایشی آنچه ما می‌بینیم را پیچیده نمی‌کنند. و این آگاهی ارزشمندی است که می‌توانیم از آن برای تفسیر و برداشت تصویرهای آینده‌ی سیاهچاله‌ها بهره ببریم!

مقایسه‌ی پنداشت‌ها از سیاهچاله‌ای با قرص برافزایشی نازک و سیاهچاله‌ای با قرص برافزایشی انبوه

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

تلگرام و توییتر یک ستاره در هفت آسمان:

telegram.me/onestar_in_sevenskies

twitter.com/1star_7sky

واژه نامه:

Event Horizon Telescope - black hole - radio - supermassive black hole - galaxy - Messier 87 - spacetime - photon - Interstellar - M87 - Sagittarius A* - Ramesh Narayan - Michael Johnson - Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics - Charles Gammie - University of Illinois - Urbana–Champaign - accretion

منبع: اسکای اند تلسکوپ

برگردان: یک ستاره در هفت آسمان