أول صورة للثقب الأسود أصبحت جاهزة، وإليكم كيف تبدو

عام 2019 هنا. مع ذلك، لقد وعِدنا بلحظة رائعة في علم الفلك. لسنوات عديدة، عمل تلسكوب هوريزون على تقديم أول صورة تلسكوبية لأفق الحدث لثقب أسود.

وبالفعل، وعلى الرغم من كل شعبيتها في الخيال العام، لم نشهد في الواقع أي ثقب أسود. والسبب في ذلك بسيط للغاية.

الثقوب السوداء، كما ترون، هي غير مرئية بالمعنى الحرفي للكلمة. إن جاذبيتها هائلة لدرجة أن شيئا ما لم ينج بعد نقطة معينة. وهذا يشمل الإشعاع الكهرومغناطيسي – مثل الأشعة السينية والأشعة تحت الحمراء والضوء وموجات الراديو – التي من شأنها أن تسمح لنا بالكشف عن الكائن مباشرة.

تسمى نقطة اللاعودة بأفق الحدث، وبصرف النظر عن كونه موقعًا مرعبًا لا تريد أن تجد نفسك فيه، فهو أيضًا مفتاحنا لتصور الثقب الأسود فعليًا.

بينما قد لا نكون قادرين على رؤية الثقب الأسود نفسه، هناك فرصة لتصوير أفق الحدث الخاص به؛ ونحن قريبون جدًا من رؤية النتائج بفضل تلسكوب هورايزون للحدث (EHT) ، والذي من المقرر الإعلان عنه في أي يوم.

ولكن قبل وقت طويل من EHT ، كان هناك عالم في الفيزياء الفلكية يدعى جان بيير لومينيت. على طول الطريق في عام 1978، قدم لنا بالفعل ما يمكن اعتباره أول صورة لأفق حدث الثقب الأسود.

إنها ليست بالطبع صورة حقيقية. استخدم لومينيت، الذي كانت خلفيته في الرياضيات قوية، مهاراته لأداء أول محاكاة كمبيوتر لما قد يبدو عليه الثقب الأسود لمراقب، باستخدام جهاز كمبيوتر punch card IBM 7040 .

“في ذلك الوقت كان موضوعًا غريباً للغاية، ومعظم علماء الفلك لم يؤمنوا بوجوده”.

“أردت استكشاف الفيزياء الغريبة للثقوب السوداء واقتراح آليات محددة يمكن أن تساعد في الحصول على توقيعات غير مباشرة لوجودها. كذلك، لمتابعة اللعبة مع اسمي” لومينيت”، أحببت كثيرا فكرة كيف أن النجم غير الساطع يمكن أن ينتج لنا ظواهر يمكن ملاحظتها “.

البيانات التي أعادها الكمبيوتر، لومينيت رسمها بشق الأنفس باليد مع قلمه والحبر الهندي على ورق أبيض، كما لو كان طابعة بشرية.

تظهر تلك الصورة غير الواضحة – التي تمت رؤيتها أعلاه – ما يمكن أن يبدو عليه القرص المسطح للمادة التي تقع في الثقب الأسود إذا كنا قريبين بما يكفي لرؤيتها. إنها لا تبدو مسطحة، لأن الجاذبية الشديدة للثقب الأسود تحني الضوء حوله.

“في الواقع فإن مجال الجاذبية يحني أشعة الضوء بالقرب من الثقب الأسود لدرجة أن الجزء الخلفي من القرص قد” كشف “،” أوضح لومنيت في بحث منشور في arXiv في العام الماضي.

“إن تقوس أشعة الضوء يولد أيضا صورة ثانوية تسمح لنا برؤية الجانب الآخر من قرص التنامي، على الجانب المقابل من الثقب الأسود من المراقب.”

كان لومينيت الأول، لكنه لم يكن الوحيد الذي أسره لغز ما قد يبدو عليه ثقب أسود. حاول آخرون تصور هذه الأشياء منذ ذلك الحين، وحتى وضع جهودهم على الشاشة الفضية.

Interstellar’s black hole Gargantua. (Paramount Pictures)

وقد أشيد بفيلم كريستوفر نولان عام 2014 البين نجمي لتصويره “الدقيق علميًا” لثقب أسود، حيث يستند إلى حدٍ كبير على العمل الذي أجراه لومينيت في وقت سابق، وخلق بالتشاور مع الفيزيائي النظري كيب ثورن.

في نهاية المطاف، اختار الفيلم نسخة مبسطة، ليكون أقل إرباكًا وتبدو جميلة على الشاشة.

كان بالتأكيد مثيرًا للإعجاب. ولكن، وفقًا لكل من لومينيت و ثورن، فإنه ليس حقًا ما سيبدو عليه الثقب الأسود.

الصور الأولية والثانوية التي تم إنشاؤها بواسطة حقل الجاذبية موجودة وصحيحة. ولكن، على عكس صورة لومينيت، فإن سطوع القرص متجانس.

وكتب لومينيت “هذا هو بالضبط عدم التماثل القوي في اللمعان الواضح”، وهو الصفة المميزة الرئيسية للثقب الأسود، وهو الجسم السماوي الوحيد القادر على إعطاء المناطق الداخلية من قرص التكثيف سرعة دوران قريبة من سرعة الضوء والقدرة على تحفيز تأثير دوبلر قوي للغاية. ”

وقد كتب ورقة من 15 صفحة عن علم الفيلم، وكتب ثورن نفسه كتابًا عن هذا الموضوع.

قد تلاحظ أن كل هذه الإصدارات من الثقب الأسود تبدو مختلفة تمامًا عن نوع آخر من صورة الثقب الأسود التي ربما تكون قد شاهدتها، وأشهرها في اكتشاف LIGO في عام 2016.

وتستند هذه الدراسات إلى عمل عالم الفيزياء الفلكية ألان ريازويلو، من المركز الوطني الفرنسي للبحث العلمي والاتحاد الفلكي الدولي، الذي قام أولاً بمحاكاة مثل هذا الثقب الأسود في عام 2016.

السبب في أن هذه الثقوب السوداء تبدو مختلفة لأن العمل الفني يظهر ثقبًا أسودًا هادئًا – بدون قرص تنامي.

إن جاذبية الثقوب السوداء، تعري الغطاء من الغبار والغاز، وتشوه الفضاء الواقع خلفها. إذا كنا قريبين بما يكفي لرؤية الثقب الأسود مثل هذا، سنكون في حالة حركة، يتم التقاطها من خلال جاذبيته في المدار. هذا هو السبب في أنه يبدو أنه يتحرك عبر مجال النجوم.

في حالة وجود ثقوب سوداء معًا، كما يظهر في فيديو LIGO ، فكل ثقب أسود له صورة ثانوية صغيرة على شكل الموز للثقب الآخر الذي يظهر خلفه.

تركز EHT على Sagittarius A * ، الثقب الأسود الهائل في مركز مجرتنا، درب التبانة.

لا نعرف ما سنراه. من المحتمل أن تعرض البيانات بعض البيكسلات غير الواضحة فقط. (إذا كان هذا هو الحال، سينضم المزيد من التلسكوبات من أجل التعاون ويحاول العلماء مرة أخرى).

نظرًا لأن الثقب الأسود كان يحتوي على قرص تنامي أثناء الملاحظات، فإننا نتوقع شيئًا يشبه إلى حدٍ كبير عمل لومينيت.

بالإضافة إلى ذلك، نأمل أن يساعدنا التعاون على فهم المزيد حول استقطاب الإشعاع، وبنية المجال المغناطيسي، والنفاث النسبية للحفرة السوداء. لقد أسفرت بالفعل عن أدلة حول بنية الفضاء حول الثقب الأسود.

ترجمة: حسام عبدالله

المصادر: 1