إن تحسين القدرة على مراقبة الثقب الأسود الموجود في مركز المجرة سيجعل من الممكن اختبار نظرية النسبية العامة لأينشتاين.

هكذا يقول الدكتور شاهار هدار، عالم الفيزياء الفلكية النظرية من جامعة حيفا وكلية أورانيم والذي يعمل أيضًا على تطوير الجيل القادم من تلسكوب أفق الحدث. ويشرح أيضًا لماذا استغرق إنتاج الصورة المنشورة هذا الأسبوع خمس سنوات وما هو المخطط للقيام به لتحسين الدقة

"إن التحسينات في قدرات استقبال الإشارات الراديوية وتخصيص التلسكوبات الراديوية المخصصة ستسمح لنا بالحصول على صورة عالية الدقة للثقب الأسود الموجود في مركز المجرة وفي المستقبل حتى فيديو، واختبار نظرية النسبية في الظروف الأكثر تطرفا في الكون. هكذا يقول الدكتور شاهار هدار، عالم الفيزياء الفلكية النظرية من جامعة حيفا في حرم أورانيم، موضحا لماذا استغرق إنتاج الصورة المنشورة هذا الأسبوع خمس سنوات وما هو المخطط للقيام به من أجل تحسين الدقة. 

الصورة المذهلة للثقب الأسود الموجود في مركز مجرة ​​درب التبانة - برج القوس A* والتي نُشرت في سلسلة من المقالات في مجلة الفيزياء الفلكية بتاريخ 12 مايو 2022، تم التقاطها بالفعل في 6 أبريل 2017.

لماذا استغرق فك تشفير البيانات وإنتاج الصورة وقتًا طويلاً؟ ما هي بالضبط حلقة الضوء المحيطة بالثقب الأسود في المنطقة المعروفة باسم أفق الحدث؟

الدكتور شاهار هدار، محاضر الفيزياء في جامعة حيفا - حرم أورانيم، هو عالم فيزياء فلكية نظرية. على الرغم من أنه ليس له دور رسمي في الفريق، إلا أنه كشخص يبحث في الموضوع، فمنذ أن كان زميلًا لما بعد الدكتوراه في جامعة هارفارد، وهو متخصص في الرجال السود، ووفقًا له، فهو على اتصال وثيق مع الباحثين في جامعة هارفارد. "شراكة الأحداث."

في الواقع، يعمل الدكتور هدار بالفعل على مشروع المتابعة - الجيل القادم من تلسكوب أفق الحدث والذي سيتضمن توسعًا كبيرًا. سيتم تخصيص هوائيات التلسكوبات الراديوية لمشروع أفق الحدث. في الدراسة الحالية، مُنح العلماء وقتًا محدودًا للمراقبة باستخدام ثمانية تلسكوبات حول العالم. كان عليهم إجراء الملاحظات في نفس الوقت في كل منهم، لذلك كان عليهم الانتظار حتى يصبح كلا التلسكوبين تحت تصرفهم ويكون الطقس جيدًا في جميع المواقع التي تم وضعها فيها.

لا يمكن لهوائي واحد أن يشكل صورة. إن طريقة إنشاء صورة مثل تلك التي رأيناها هي الجمع بين ما تم قياسه في العديد من هذه اللوحات وإجراء ارتباط بين كل زوج من اللوحات وبالتالي تجميع إعادة بناء (إعادة بناء) للصورة. בעיה נוספת שעיכבה את פרסום המחקר היא כמות הנתונים האדירה שכל טלסקופ רדיו כזה מפיק (ככל הנראה היה צורך להמתין עד שיכולות ניתוח ביג דטה יבשילו א.ב.), והצורך להעביר אותה למקום אחד (פיזית, באמצעות דיסקים קשיחים, בכל זאת 2017, א .ب.)

كيفية التحسن؟ إحدى الطرق هي أخذ إحدى الصفائح ووضعها في مدار حول الأرض، وستكون لوحة واحدة كافية لأنها ستكون على اتصال مع الصفائح الموجودة على الأرض. ومن حيث المبدأ، لم يرسلوا تلسكوباً راديوياً إلى الفضاء، فلا داعي لذلك لأن ترددات الراديو منخفضة ولا يتداخل معها الغلاف الجوي. لكن هذه رؤية أخرى بعيدة.

الفكرة وراء NGEHT (الجيل القادم من تلسكوب أفق الحدث) هي إضافة العديد من التلسكوبات لتستخدمها شراكة أفق الحدث، وزيادة التردد. بهذه الطريقة سيكون من الممكن تحسين الدقة، ربما ليس بعامل الألف، ولكن محترمة بما فيه الكفاية. سيتم توجيه الهوائيات نحو الثقب الأسود الموجود في وسط المجرة لفترة طويلة (على عكس الوضع الحالي المتمثل في تلقي أوقات مراقبة محدودة). ستسمح لنا المراقبة مع مرور الوقت بإنتاج إحصائيات أفضل. ستؤدي ترقية وقت المشاهدة إلى تحسين الحساسية وحتى "التقاط مقطع فيديو" للثقب الأسود - وهو جزء من بحثي.

حلقة الفوتون

العامل الأبرز في الصورة هو حلقة الفوتون. عندما تقترب الفوتونات (جسيمات الضوء) من الثقب الأسود، فإن قوة جاذبيتها الهائلة تجعل بعضها يدور حوله عددًا مختلفًا من المرات - اعتمادًا على الاتجاه والزاوية التي تأتي منها. "وهكذا فإن الثقب الأسود يعمل كعدسة تعمل على تركيز الضوء المار حوله، والصورة التي يتم الحصول عليها من تركيز هذا الضوء هي عبارة عن حلقة ساطعة من الضوء. أو بالأحرى، أظهرت الدراسة أنها في الواقع عبارة عن حلقات لا حصر لها ذات سماكات مختلفة ومتفاوتة موضوعة فوق بعضها البعض"، يوضح الدكتور هدار، الذي يضيف أن قياس تأثير الفوتونات سيجعل من الممكن التحقيق بشكل أفضل في نظرية أينشتاين. النسبية العامة، ولهذا هناك حاجة، كما ذكرنا، للقياس عبر الزمن.

إثبات النسبية في ظل الظروف الحدودية

"عندما تدخل أشعة الضوء إلى محيط الثقب الأسود، فإنها تجمع المزيد من الفوتونات. الجميل في حلقة الفوتون هو أنها عالمية. على عكس الغاز الموجود في القرص التراكمي المحيط بالثقب الأسود، فإن له سلوكًا مضطربًا حساسًا للعديد من المعلمات الفيزيائية الفلكية، مما يؤدي إلى تعقيد نمط الضوء الذي يخلقه. ومن ناحية أخرى، فإن الطريقة التي يحني بها الثقب الأسود أشعة الضوء، أو من عدسة (من لغة العدسة)، فإن الصورة أبسط بكثير وتعتمد فقط على كتلة الثقب الأسود والزخم الزاوي، بحسب إلى النسبية العامة. يحدد هذا التحضير الشامل شكل حلقة الفوتون.

بالإضافة إلى ذلك، فإن أي تغيير (تقلب) في المادة المحيطة بالثقب الأسود يتسبب في تغير الصورة في نقاط معينة، واختلاف الأماكن والأزمنة. وبما أن الفوتونات تدور حول الثقب الأسود عدة مرات، فإننا نرى نقاطًا على طول حلقة الفوتونات "تتألق" بطريقة معقدة على ما يبدو. لكن التصوير الفوتوغرافي بمرور الوقت سيسمح لنا برؤية طبقات من الصور فعليًا وستسمح لنا حركة هذه النقاط باستخلاص العديد من الأفكار حول الثقب الأسود - على سبيل المثال، ما هو زخمه الزاوي. هذه المعلومات حول هذه التقلبات ستجعل من الممكن محاولة اختبار معادلات أينشتاين حتى في ظل أقصى الظروف الموجودة في الكون."

هل يمكن لتلسكوب ويب الفضائي، الذي يمكنه مراقبة حافة الكون، أن يساعد في تصوير الثقب الأسود الموجود في مركز درب التبانة؟

الدكتور هدار: "يعمل تلسكوب ويب الفضائي في نطاق الضوء المرئي والأشعة تحت الحمراء بشكل أساسي. يمكن توجيه ويب للنظر نحو مركز المجرة، لكنه لن يتمكن من "التحدث" إلى هوائيات الراديو EHT بشكل حقيقي وقت."

المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:

• علماء الفلك يكشفون لأول مرة "صورة راديوية" للثقب الأسود الموجود في قلب مجرة ​​درب التبانة
• تم تصوير المجال المغناطيسي للثقب الأسود لأول مرة
• "لولا ملاحظات غانزل وغاز (الحائزين على جائزة نوبل لعام 2020)، لظل موضوع الثقوب السوداء برمته نظريًا"
• فاز روجر بنروز وجهازا كشف الثقب الأسود الموجودان في مركز المجرة بجائزة نوبل في الفيزياء لعام 2020