أول صورة على الإطلاق للثقب الأسود هي الآن فيلم

2023 مؤلف: Peter Bradberry | [email protected]. آخر تعديل: 2023-05-21 22:31

تظهر الصور التي تم إنشاؤها من الملاحظات القديمة التطور العاصف للفراغ خلال العقد الماضي.

تحولت الصورة التاريخية الأولى للثقب الأسود التي تم الكشف عنها العام الماضي إلى فيلم سينمائي. يوضح التسلسل القصير للإطارات كيف يتغير مظهر محيط الثقب الأسود على مر السنين حيث تحرك جاذبيته المادة من حوله في دوامة مستمرة.

تُظهر الصور كتلة غير متوازنة من الضوء تدور حول الثقب الأسود الهائل في وسط المجرة M87. لإنشائها ، قام تعاون Event Horizon Telescope (EHT) - الذي يسخر شبكة من المراصد على مستوى الكوكب - باستخراج البيانات القديمة حول الثقب الأسود ودمجها مع نموذج رياضي بناءً على الصورة التي تم إصدارها في أبريل 2019 ، لإظهار كيفية حدوث ذلك. تطورت البيئة المحيطة على مدى ثماني سنوات. على الرغم من أنها تعتمد جزئيًا على التخمين ، إلا أن النتيجة تعطي علماء الفلك رؤى غنية عن سلوك الثقوب السوداء ، التي تمتص جاذبيتها الشديدة المادة والضوء من حولها.

يقول المؤلف الرئيسي ماسيك ويلجوس ، عالم الفلك الراديوي بجامعة هارفارد في كامبريدج ، ماساتشوستس: "نظرًا لأن تدفق المادة المتساقطة على ثقب أسود مضطرب ، يمكننا أن نرى أن الحلقة تتذبذب مع مرور الوقت".

يقدم العمل ، الذي ظهر في 23 سبتمبر في مجلة الفيزياء الفلكية ، لمحة عما قد يتمكن الفريق من القيام به في المستقبل القريب ، مع تحسن تقنياته. يقول ويلغوس: "في غضون بضع سنوات ، يمكن أن يبدأ حقًا في الظهور وكأنه فيلم".

حلقة متذبذبة

صورة الثقب الأسود التي كشف عنها تعاون EHT العام الماضي احتلت الصفحات الأولى للصحف في جميع أنحاء العالم. صورت M87 * ، الثقب الأسود الهائل في مركز مجرة M87 ، على بعد حوالي 17 ميغا فرسخ (55 مليون سنة ضوئية). قام الباحثون ببناء الصورة من خلال الجمع بين إشارات الترددات الراديوية التي جمعوها من المراصد عبر الأرض على مدى ليلتين في أبريل 2017. وقد تمت مقارنة إنجازهم بحل شكل كعكة دونات على سطح القمر من الأرض.

على الرغم من ضبابية الصورة ، إلا أنها تطابقت مع تنبؤات نظرية النسبية العامة لألبرت أينشتاين بشأن الشكل الذي يجب أن يبدو عليه الجوار المباشر للثقب الأسود. على وجه الخصوص ، أعطت الباحثين أول دليل مباشر على ظل أفق الحدث ، سطح "اللاعودة" الذي يفصل الثقب الأسود عن محيطه. تم وضع هذا القرص الغامق على حلقة من الضوء المنبعثة من مادة شديدة السخونة خارج أفق الحدث.

اللافت للنظر أن أحد جوانب الحلقة بدا أكثر إشراقًا. كان هذا متوقعًا ، بسبب مجموعة من التأثيرات في الديناميات المعقدة حول الثقب الأسود. على وجه الخصوص ، يجب أن تدور المادة التي تسقط في الفراغ بسرعة عالية خارج خط الاستواء للثقب الأسود ، مكونة ما يسميه علماء الفيزياء الفلكية قرص التراكم. المظهر غير المتوازن يتعلق جزئيًا بتأثير دوبلر: على جانب القرص الذي يدور باتجاه المراقب ، تعمل حركة المادة على تعزيز الإشعاع ، مما يجعلها تبدو أكثر إشراقًا ؛ يحدث العكس في الجانب المتراجع.

مراجعة البيانات

بناءً على هذه النتائج ، أراد Wielgus العودة وإلقاء نظرة على البيانات القديمة من تلسكوبات EHT لمعرفة ما إذا كان يمكنه إعادة تفسيرها ، باستخدام صورة 2017 كدليل. كان EHT يراقب M87 * منذ عام 2009 ، في البداية باستخدام التلسكوبات في ثلاثة مواقع فقط. كما أضاف الفريق المزيد من المراصد إلى شبكة EHT ، تحسنت جودة الملاحظات. في عام 2017 ، اشتمل التعاون على ثمانية مراصد امتدت حول العالم من هاواي وشيلي إلى أوروبا ، ووصلت لأول مرة إلى المستوى الذي يمكن أن ينتج فيه EHT صورة فعلية.

تتكون البيانات القديمة من أربع دفعات ، تم جمعها في 2009 و 2011 و 2012 و 2013 ، اثنتان منها بقيتا غير منشورتين. يقول ويلجوس: "لقد تم نسيانها إلى حد ما ، لأن الجميع كانوا متحمسين للغاية بشأن بيانات عام 2017". مع مجموعة من باحثي EHT الآخرين ، أعاد تحليل البيانات ووجدها متسقة مع نتائج حملة 2017 ، بما في ذلك وجود قرص مظلم وحلقة مضيئة. وعلى الرغم من أن مجموعات البيانات 2009-13 لم يكن لديها دقة كافية لإنتاج الصور ، إلا أن الفريق كان قادرًا على إنشاء صور تركيبية لكل سنة من خلال الجمع بين البيانات المحدودة المتاحة مع نموذج رياضي للثقب الأسود مبني من بيانات عام 2017.

وتبين أن النتائج تحتوي على معلومات أكثر مما توقع ويلغوس. مثل صورة عام 2017 ، كشفوا أن أحد جانبي الحلقة كان أكثر إشراقًا من الآخر - لكن النقطة المضيئة تحركت. قد يكون السبب في ذلك هو أن مناطق مختلفة من قرص التراكم أصبحت أكثر إشراقًا أو باهتة ، مما قد يعزز أو في بعض الأحيان يلغي سطوع دوبلر.

قرص ديناميكي

يقول المؤلفون إن هذا لم يكن غير متوقع: على الرغم من أن الثقب الأسود M87 * نفسه لا يتغير من سنة إلى أخرى ، إلا أن البيئة المحيطة به تتغير. على نطاق عدة أسابيع ، يجب أن تحرك الحقول المغناطيسية القوية قرص التراكم وتنتج نقاطًا أكثر سخونة تدور بعد ذلك حول الثقب الأسود. في عام 2018 ، أبلغ فريق منفصل عن دليل على وجود بقعة من الغاز الساخن تدور حول القوس A * ، الثقب الأسود المركزي لمجرة درب التبانة ، على مدار حوالي ساعة واحدة. نظرًا لأن M87 * ، التي تبلغ كتلتها 6.5 مليار مرة كتلة الشمس ، يزيد حجمها عن 1000 مرة حجم القوس A * ، فإن الديناميكيات حول M87 * تستغرق وقتًا أطول لتتكشف.

يحاول تعاون EHT مراقبة M87 * و Sagittarius A * كل عام ، في أواخر مارس أو أوائل أبريل. هذا هو الوقت الذي من المرجح أن تكون فيه الأحوال الجوية جيدة في نفس الوقت في العديد من المواقع في شبكتها. كان لا بد من إلغاء حملة 2020 بسبب القيود بسبب جائحة COVID-19 ، لكن الفريق يأمل في الحصول على فرصة أخرى في عام 2021. إذا سارت الأمور على ما يرام ، فإن المزيد من المراصد - بما في ذلك واحدة في جرينلاند وواحدة في فرنسا - ستنضم إلى هذا الجهد.

يأمل الفريق أيضًا أن تتضمن حملة العام المقبل أول ملاحظاتها العالمية باستخدام إشعاع ذو موجات أقصر. على الرغم من صعوبة الرؤية من خلال الغلاف الجوي للأرض ، إلا أن هذا من شأنه تحسين دقة صور EHT. تقول سارة إيسون ، عضوة EHT ، عالمة الفلك الراديوي في جامعة رادبود في نيميغن بهولندا: "سنقترب أكثر من ظل الثقب الأسود هذا ، ونحصل على صور أكثر وضوحًا".