صورة الثقب الأسود تؤكد نظرية النسبية لأينشتاين

أخرجت أخيرًا من الظل. الصورة عن طريق الحدث الأفق تلسكوب التعاون.

بقلم كيفن بيمبلت ، جامعة هال

الثقوب السوداء هي النجوم الطويلة من الخيال العلمي. لكن شهرتهم في هوليوود غريبة بعض الشيء بالنظر إلى أن أحداً لم يرَ شخصاً على الإطلاق - على الأقل حتى الآن. إذا كنت تريد أن ترى ما تصدق ، فأشكر Event Horizon Telescope (EHT) ، الذي أنتج للتو أول صورة مباشرة لثقب أسود. يتطلب هذا العمل الفذ المدهش تعاونًا عالميًا لتحويل الأرض إلى تلسكوب عملاق واحد وتصوير كائن على بعد آلاف تريليونات الكيلومترات.

على الرغم من أنه مذهل ورائع ، فإن مشروع EHT لا يقتصر فقط على مواجهة التحدي. إنه اختبار لم يسبق له مثيل لمعرفة ما إذا كانت أفكار أينشتاين حول طبيعة المكان والزمان تتراكم في الظروف القاسية ، وتبدو أقرب من أي وقت مضى إلى دور الثقوب السوداء في الكون.

لقص قصة طويلة: كان آينشتاين على حق.

القبض على غير قابل للتكيف

الثقب الأسود هو منطقة فضاء تكون كتلتها كبيرة وكثيفة بحيث لا يمكن للضوء أن يفلت من جاذبيتها الجذابة. على خلفية سوداء من الأحبار وراءها ، التقاط واحدة مهمة شبه مستحيلة. لكن بفضل العمل الرائد لستيفن هوكينج ، نعلم أن الجماهير الضخمة ليست مجرد هاوية سوداء. إنهم ليسوا فقط قادرين على إطلاق نفاثات ضخمة من البلازما ، ولكن جاذبيتها الهائلة تسحب تيارات المادة إلى قلبها.

ساعدت كاتي بومان في تطوير الخوارزمية التي سمحت للعالم برؤية شكل ثقب أسود بالفعل.

إنها مجرد لحظات بعد معالجة تلك الصورة الأولى. pic.twitter.com/AK9ZHQjJ2r

- اكتشف (UE) 11 أبريل 2019

عندما تقترب المادة من أفق حدث الثقب الأسود - النقطة التي لا يمكن للضوء أن يهرب منها - فإنها تشكل قرصًا مداريًا. المادة في هذا القرص ستحول بعض طاقتها إلى احتكاك حيث أنها تمد ضد جزيئات المادة الأخرى. هذا يسخن القرص ، تمامًا كما ندفئ أيدينا في يوم بارد عن طريق فركهما معًا. كلما اقترب الأمر ، زاد الاحتكاك. المسألة أقرب إلى الحدث أفق يضيء ببراعة مع حرارة مئات من الشمس. هذا هو الضوء الذي اكتشفته EHT ، إلى جانب "صورة ظلية" للثقب الأسود.

إنتاج الصورة وتحليل هذه البيانات مهمة شاقة بشكل مثير للدهشة. بصفتي عالم فلك يدرس الثقوب السوداء في المجرات البعيدة ، لا يمكنني حتى تصوير صورة نجم واحد في تلك المجرات بوضوح ، ناهيك عن رؤية الثقب الأسود في مراكزهم.

قرر فريق EHT استهداف اثنين من أقرب الثقوب السوداء الهائلة لنا - سواء في المجرة الإهليلجية الكبيرة ، M87 ، وفي القوس A * ، في مركز درب التبانة.

لإعطاء فكرة عن مدى صعوبة هذه المهمة ، في حين أن الثقب الأسود لـ Milky Way يبلغ كتلته 4.1 مليون شمس ويبلغ قطره 60 مليون كيلومتر [37 مليون ميل] ، فهو 250،614،750،218،665،392 كيلومترًا [155،724،785،724،740 ميل]. من الأرض ، أي ما يعادل السفر من لندن إلى نيويورك 45 تريليون مرة. كما لاحظ فريق EHT ، فإن الأمر يشبه وجودك في نيويورك ومحاولة حساب الدمامل على كرة الغولف في لوس أنجلوس ، أو تصوير برتقال على سطح القمر.

لتصوير شيء بعيد المنال ، احتاج الفريق إلى تلسكوب بحجم الأرض نفسها. في غياب مثل هذه الآلة العملاقة ، قام فريق EHT بتوصيل التلسكوبات من جميع أنحاء الكوكب ، ودمج بياناتهم. لالتقاط صورة دقيقة في مثل هذه المسافة ، كانت التلسكوبات بحاجة إلى أن تكون مستقرة ، وقراءاتها متزامنة تمامًا.



كيف التقط الباحثون الصورة الأولى لثقب أسود.

لإنجاز هذا التحدي الفذ ، استخدم الفريق الساعات الذرية دقيقة لدرجة أنها لا تفقد سوى ثانية واحدة لكل مائة مليون سنة. كانت البيانات التي تم جمعها والتي تصل إلى 5000 تيرابايت كبيرة جدًا لدرجة أنه كان لا بد من تخزينها على مئات محركات الأقراص الصلبة وتسليمها فعليًا إلى جهاز كمبيوتر فائق ، مما أدى إلى تصحيح الفوارق الزمنية في البيانات وإنتاج الصورة أعلاه.

النسبية العامة مبررة

بشعور من الإثارة ، شاهدت بث مباشر يظهر صورة الثقب الأسود من وسط M87 لأول مرة.

وأهم ما في الأمر هو أن آينشتاين كان على صواب. مرة أخرى. اجتازت نظريته العامة للنسبية اختبارين جديين من أكثر الظروف تطرفًا في الكون في السنوات القليلة الماضية. هنا ، تنبأت نظرية أينشتاين بملاحظات M87 بدقة لا تشوبها شائبة ، ويبدو أنها الوصف الصحيح لطبيعة المكان والزمان والجاذبية.

تتوافق قياسات سرعات المادة حول مركز الثقب الأسود مع قربها من سرعة الضوء. من الصورة ، قرر علماء EHT أن الثقب الأسود M87 يبلغ 6.5 مليار مرة كتلة الشمس و 40 مليار كم [25 مليار ميل] - وهذا أكبر من مدار الشمس لنبتون البالغ 200 عام.

كان الثقب الأسود في درب التبانة يمثل تحديًا كبيرًا للصورة بدقة هذه المرة بسبب التباين السريع في خرج الضوء. نأمل أن تتم إضافة المزيد من التلسكوبات إلى صفيف EHT قريبًا ، للحصول على صور أكثر وضوحًا لهذه الكائنات الرائعة. ليس لدي أدنى شك في أننا في المستقبل القريب سنكون قادرين على النظر إلى القلب المظلم لمجرتنا الخاصة.

كيفن بامبلت ، محاضر أول في الفيزياء ، جامعة هال

الخلاصة: يشرح الفيزيائي كيف تساعد صورة الثقب الأسود في دعم نظرية أينشتاين النسبية.

تم إعادة نشر هذه المقالة من The Conversation بموجب ترخيص المشاع الإبداعي. قراءة المقال الأصلي.