يوريكا! العلماء يصورون الثقب الأسود لأول مرة
التلسكوب Event Horizon Telescope ، وهو مصفوفة على مستوى الكوكب من ثمانية تلسكوبات راديوية أرضية تم تشكيلها من خلال التعاون الدولي ، هذه الصورة للثقب الأسود الهائل في وسط المجرة M87 وظلها. (رصيد الصورة: EHT Collaboration)
أخيرًا تم سحب الثقوب السوداء من الظل.
لأول مرة على الإطلاق ، صورت البشرية أحد هذه الوحوش الكونية المراوغة ، لتسلط الضوء على عالم زمكان غريب كان بعيدًا عن ملكنا لفترة طويلة.
قال شيبرد دويلمان ، من جامعة هارفارد ومركز هارفارد سميثسونيان للفيزياء الفلكية ، اليوم (10 أبريل) خلال مؤتمر صحفي في نادي الصحافة الوطني بواشنطن العاصمة: 'لقد رأينا ما اعتقدنا أنه غير مرئي'.
متعلق ب: ما هو بالضبط أفق حدث الثقب الأسود (وماذا يحدث هناك)؟
Doeleman يوجه تلسكوب أفق الحدث (EHT) ، الذي التقط الصور الملحمية. تحدد هذه الصور الأربع ، التي تم الكشف عنها اليوم في الأحداث الصحفية حول العالم وفي سلسلة من الأوراق المنشورة ، الخطوط العريضة للثقب الأسود الوحشي الكامن في قلب المجرة الإهليلجية M87.
الصور مذهلة بما يكفي في حد ذاتها. وقال الباحثون إن الأهم من ذلك هو المسار الذي من المرجح أن تتأجج فيه النتائج الجديدة.
قال بيتر جاليسون ، أستاذ الفيزياء وتاريخ العلوم بجامعة هارفارد: 'هناك حقًا مجال جديد يجب استكشافه'. حديث EHT الشهر الماضي في مهرجان الجنوب بالجنوب الغربي (SXSW) في أوستن ، تكساس. 'وهذا في النهاية ما هو مثير للغاية حول هذا الأمر.'
قارن جاليسون ، الذي شارك في تأسيس مبادرة الثقب الأسود متعددة التخصصات (BHI) بجامعة هارفارد ، التأثير المحتمل للصور بتأثير الرسومات التي رسمها العالم الإنجليزي روبرت هوك في القرن السابع عشر. أظهرت هذه الرسوم التوضيحية للناس كيف تبدو الحشرات والنباتات من خلال المجهر.
قال جاليسون عن أعمال هوك: 'لقد فتح العالم.
تلسكوب بحجم الأرض
EHT عبارة عن اتحاد يضم أكثر من 200 عالم يعملون منذ حوالي عقدين. إنه مسعى دولي بحق. جاء التمويل على مر السنين من مؤسسة العلوم الوطنية الأمريكية والعديد من المنظمات الأخرى في البلدان حول العالم.
يأخذ المشروع اسمه من نقطة اللاعودة الشهيرة للثقب الأسود - الحدود التي لا يمكن بعدها لأي شيء ، ولا حتى الضوء ، الهروب من براثن الجاذبية.
قال آفي لوب ، المدير المؤسس لشركة BHI ، رئيس قسم علم الفلك بجامعة هارفارد ، لموقع ProfoundSpace.org: 'أفق الحدث هو جدار السجن النهائي'. (لوب ليس جزءًا من فريق EHT). 'بمجرد دخولك ، لا يمكنك الخروج أبدًا.'
لذلك من المستحيل تصوير الجزء الداخلي من الثقب الأسود ، إلا إذا تمكنت بطريقة ما من الوصول إليه بنفسك. (لا تستطيع أنت وصورك العودة إلى العالم الخارجي بالطبع).
لذا ، فإن EHT يصور أفق الحدث ، يرسم الصورة الظلية المظلمة للثقب الأسود. (يبعث قرص الغاز سريع الحركة الذي يدور حول الثقوب السوداء وفيها الكثير من الإشعاع ، لذلك تبرز مثل هذه الصور الظلية).
قال دان مارون ، عضو مجلس علوم EHT ، والأستاذ المساعد في علم الفلك في جامعة أريزونا ، لموقع ProfoundSpace.org: 'نحن نبحث عن فقدان الفوتونات'.
كان المشروع يفحص اثنين من الثقوب السوداء - العملاق M87 ، الذي يؤوي حوالي 6.5 مليار مرة كتلة شمس الأرض ، والثقب الأسود المركزي لمجرة درب التبانة ، والمعروف باسم القوس أ * . هذا الجسم الأخير ، على الرغم من أنه لا يزال ثقبًا أسود هائلاً ، إلا أنه رون مقارنة بوحش M87 ، الذي يحتوي على 4.3 مليون كتلة شمسية فقط.
كلا هذين الجسمين أهداف صعبة بسبب بعدهما الهائل عن الأرض. يقع القوس A * على بعد حوالي 26000 سنة ضوئية منا ، والثقب الأسود M87 على بعد 53.5 مليون سنة ضوئية.
من وجهة نظرنا ، فإن أفق حدث القوس A * صغير جدًا لدرجة أنه يعادل رؤية برتقالة على القمر أو القدرة على قراءة الصحيفة في لوس أنجلوس أثناء جلوسك في مدينة نيويورك ، قال دويلمان خلال حدث SXSW الشهر الماضي.
لا يوجد تلسكوب واحد على الأرض يمكنه إجراء هذه الملاحظة ، لذلك كان على Doeleman وبقية فريق EHT أن يبدعوا. قام الباحثون بربط التلسكوبات الراديوية في أريزونا وإسبانيا والمكسيك والقارة القطبية الجنوبية وأماكن أخرى حول العالم ، لتشكيل أداة افتراضية بحجم الأرض.
متعلق ب: الصور: الثقوب السوداء في الكون
الكثير من البيانات
استخدم فريق EHT هذا المنظار الضخم لدراسة الثقوب السوداء الهائلة لمدة أسبوعين حتى الآن - مرة واحدة في أبريل 2017 ومرة أخرى في العام التالي. تأتي الصور الجديدة من أول عملية مراقبة.
هناك أسباب وجيهة لماذا يستغرق ظهور النتيجة الأولى للمشروع عامين. لسبب واحد ، أنتجت كل ليلة من المراقبة ما يقرب من 1 بيتابايت من البيانات ، مما أدى إلى مثل هذا الحجم الذي يتعين على الفريق نقل معلوماته من مكان إلى آخر بالطريقة القديمة.
قال عالم مشروع EHT ديميتريوس بسالتيس ، أستاذ علم الفلك بجامعة أريزونا ، في حدث SXSW: `` لا توجد طريقة يمكننا من خلالها نقل هذه البيانات عبر الإنترنت ''. لذا ، ما نقوم به في الواقع هو أن نأخذ محركات الأقراص الصلبة الخاصة بنا ونقوم بتوصيلها من مكان إلى آخر. هذا أسرع بكثير من أي كابل يمكنك العثور عليه.
وهذا بالطبع يؤدي إلى إبطاء عملية التحليل وتعقيدها. قال مارون إن البيانات من نطاق EHT بالقرب من القطب الجنوبي ، على سبيل المثال ، لم تتمكن من الخروج من القارة القطبية الجنوبية حتى ديسمبر 2017 ، عندما كان الجو دافئًا بدرجة كافية لدخول الطائرات والخروج منها.
وأضاف أن ربط البيانات ومعايرتها كان معقدًا أيضًا. وقد أولى الفريق عناية كبيرة بهذا العمل ، نظرًا لطبيعة الاكتشاف بالغة الأهمية.
قال Doeleman في حدث SXSW (الذي كان بمثابة شرح لجهود EHT لكنه لم يعلن: 'إذا كنت ستأتي بمطالبة كبيرة بتصوير ثقب أسود أي نتائج).
وأضاف: 'وفي مشروعنا ، غالبًا ما نعتقد أن أشخاصًا مثل [ألبرت] أينشتاين و [آرثر] إدينجتون [وكارل] شوارزشيلد ينظرون إلى أكتافنا' ، في إشارة إلى الفيزيائيين الذين ساعدوا في الريادة في فهمنا للثقوب السوداء. 'وعندما يكون لديك نجوم لامعون يقومون بفحص عملك فعليًا ، فأنت تريد حقًا القيام به بشكل صحيح.'
متعلق ب: أغرب الثقوب السوداء في الكون
تُظهر صورة محاكاة بواسطة جامعة أريزونا البلازما المضطربة في البيئة القاسية حول ثقب أسود هائل.(رصيد الصورة: جامعة أريزونا)
ماذا يعني كل ذلك
قال Psaltis إن مشروع EHT له هدفان رئيسيان: تصوير أفق الحدث لأول مرة على الإطلاق والمساعدة في تحديد ما إذا كانت نظرية أينشتاين للنسبية العامة تحتاج إلى أي مراجعات.
قبل مجيء أينشتاين ، كانت الجاذبية تعتبر بشكل عام قوة غامضة بعيدة. لكن النسبية العامة تصفها بأنها تشوه الزمكان: الأجسام الضخمة مثل الكواكب والنجوم والثقوب السوداء تخلق نوعًا من الترهل في الزمكان ، تمامًا مثل كرة البولينج إذا وضعت على الترامبولين. تتبع الأجسام القريبة هذا المنحنى وتتجه نحو الكتلة المركزية.
لقد صمدت النسبية العامة بشكل لا يصدق على مدى قرن من الزمان منذ تقديمها ، واجتازت كل اختبار ألقاه العلماء عليها. لكن ملاحظات EHT تقدم تجربة أخرى ، في عالم متطرف حيث قد لا تتطابق التنبؤات مع الواقع. وأوضح Psaltis أن ذلك لأن علماء الفلك يمكنهم حساب الحجم والشكل المتوقعين لأفق الحدث باستخدام النسبية العامة.
قال بسالتيس إذا كانت الصورة الظلية المرصودة تتطابق مع عمليات المحاكاة المستندة إلى النظرية ، فإن أينشتاين كان على حق بنسبة 100٪. إذا كانت الإجابة لا ، فعلينا تعديل نظريته لجعلها تعمل مع التجارب. هذه هي الطريقة التي يسير بها العلم.
وتعلمنا اليوم أنه ليست هناك حاجة إلى أي تعديلات ، على الأقل في الوقت الحالي: تتوافق ملاحظات M87 الخاصة بـ EHT مع النسبية العامة ، كما قال أعضاء الفريق. أي أن أفق الحدث دائري تقريبًا وهو الحجم 'المناسب' لثقب أسود بهذه الكتلة الهائلة.
قال عضو فريق EHT أفيري بروديريك ، من جامعة واترلو ومعهد بيريميتر للفيزياء النظرية في كندا ، خلال المؤتمر الصحفي اليوم: `` يجب أن أعترف ، لقد شعرت بالذهول قليلاً لأنها تتطابق بشكل وثيق مع التوقعات التي قدمناها. .
إن مثل هذا التمحيص أمر حيوي للعملية العلمية ، بالطبع. في الواقع ، من المحتمل أن يكون تقديم معلومات أفضل لإدخالها في النظريات والمحاكاة أحد أكبر مساهمات EHT ، على حد قول لوب.
قال 'ممارسة الفيزياء حوار مع الطبيعة'. نحن نختبر أفكارنا من خلال مقارنتها بالتجارب ؛ البيانات التجريبية حاسمة.
وقال باحثون آخرون إن النتائج الجديدة يجب أن تساعد العلماء أيضًا في التعامل بشكل أفضل مع الثقوب السوداء. على سبيل المثال ، من المحتمل أن تسلط صور EHT الضوء بشكل كبير على كيفية دوران الغاز لأسفل في فجوة الثقب الأسود. قال لوب إن عملية التراكم هذه ، التي يمكن أن تؤدي إلى توليد نفاثات إشعاعية قوية ، غير مفهومة جيدًا.
بالإضافة إلى ذلك ، يمكن لشكل أفق الحدث أن يكشف ما إذا كان الثقب الأسود يدور ، كما قالت فيونا هاريسون من معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا ، المحققة الرئيسية في مهمة مصفوفة التلسكوب الطيفي النووي (نوستار) لدراسة الثقوب السوداء التابعة لوكالة ناسا.
قال هاريسون ، الذي ليس جزءًا من فريق EHT ، لموقع ProfoundSpace.org: `` لقد استنتجنا دوران الثقوب السوداء بشكل غير مباشر. وأضافت أن صور EHT توفر 'اختبارًا مباشرًا ، وهو أمر مثير للغاية'.
كشفت بيانات EHT أن الثقب الأسود M87 يدور في اتجاه عقارب الساعة ، كما قال أعضاء الفريق اليوم.
يجب أن يُظهر المشروع أيضًا كيفية توزيع المادة حول الثقب الأسود ، ويمكن أن تعلم ملاحظات EHT علماء الفلك في النهاية الكثير حول كيفية تشكيل الثقوب السوداء الهائلة لتطور المجرات المضيفة على مدى فترات زمنية طويلة ، كما قال هاريسون.
تتوافق نتائج EHT أيضًا بشكل جيد مع نتائج مرصد موجات الجاذبية بالليزر (LIGO) ، الذي اكتشف تموجات الزمكان الناتجة عن عمليات الاندماج التي تنطوي على ثقوب سوداء أكبر بعشرات المرات من كتلة الشمس.
قال بروديريك اليوم: 'على الرغم من التفاوت عبر عامل من المليار في الكتلة ، فإن الثقوب السوداء المعروفة جميعها تتوافق مع وصف واحد'. تتشابه الثقوب السوداء الكبيرة والصغيرة من نواحٍ مهمة. ما نتعلمه من [نوع] واحد ينطبق بالضرورة على الآخر.
وفي حال كنت تتساءل عن Sagittarius A *: يأمل فريق EHT في الحصول على صور لهذا الثقب الأسود الهائل قريبًا ، كما قال Doeleman اليوم. نظر الباحثون إلى M87 أولاً ، وهو أسهل قليلاً في حله من Sagittarius A * لأنه أقل تغيرًا خلال فترات زمنية قصيرة ، كما أوضح.
منظور جديد؟
ثم هناك جاذبية أوسع للصور التي تم إصدارها حديثًا - كيف تخاطب أولئك منا الذين ليسوا علماء فيزياء فلكية.
قال أعضاء فريق EHT وعلماء خارجيون إن المساهمات في هذا المجال يمكن أن تكون كبيرة. يمكن للصور أن تغير الطريقة التي نفكر بها عن أنفسنا ومكاننا في الكون ، كما أشار مارون ، مستشهداً بصورة 'Earthrise' الشهيرة التي التقطها رائد فضاء Apollo 8 Bill Anders في ديسمبر 1968. هذه الصورة ، التي أعطت الجماهير لمحة عن كوكبنا مثل إنها حقًا - بؤرة استيطانية وحيدة للحياة في بحر من الظلام اللامتناهي - يُنسب إليها على نطاق واسع المساعدة في تحفيز الحركة البيئية.
قال هاريسون إن رؤية الثقب الأسود الواقعي - أو صورته الظلية على أي حال - 'هي مادة من الخيال العلمي'. وأضافت: 'لقد رأينا فقط الصور القليلة الأولى للمشروع ، إنها ستتحسن فقط.'
- علماء الفلك يتطلعون إلى الثقب الأسود للمرة الأولى باستخدام تلسكوب أفق الحدث
- هذا الثقب الأسود الضخم يدور بنصف سرعة الضوء!
- 8 محير ألغاز علم الفلك
كتاب مايك وول عن البحث عن حياة فضائية ، في الخارج (جراند سنترال للنشر ، 2018 ؛ يتضح من كارل تيت ) ، خارج الآن. تابعوه على تويتر تضمين التغريدة . تابعنا على تويتر تضمين التغريدة أو موقع التواصل الاجتماعي الفيسبوك .