في أبريل من عام 2019 ، صنع تاريخ تعاون Event Horizon Telescope التاريخ عندما أصدر أول صورة لثقب أسود تم التقاطه على الإطلاق. كان هذا الإنجاز عقودًا من الزمن وأثار سيركًا إعلاميًا دوليًا. كانت الصورة نتيجة لتقنية تعرف باسم قياس التداخل ، حيث قامت المراصد في جميع أنحاء العالم بدمج الضوء من مقاريبها لإنشاء صورة مركبة.
أظهرت هذه الصورة ما توقعه علماء الفيزياء الفلكية لفترة طويلة ، أن الانحناء الثقالي الشديد يسبب سقوط الفوتونات حول أفق الحدث ، مما يساهم في الحلقات الساطعة التي تحيط بها. في الأسبوع الماضي ، في 18 مارس ، أعلن فريق من الباحثين من مركز هارفارد سميثسونيان للفيزياء الفلكية (CfA) عن بحث جديد يظهر كيف يمكن لصور الثقب الأسود أن تكشف عن بنية فرعية معقدة داخلها.
ظهرت الدراسة التي تصف النتائج التي توصلوا إليها ، بعنوان "التوقيعات العالمية لقياس التداخل لحلقة الفوتون في الثقب الأسود" ، في المجلة مؤخرًا تقدم العلم. قاد الفريق مايكل جونسون ، عالم فيزياء فلكية مع CfA ، وأعضاء مستحثين من مبادرة هارفارد للحفرة السوداء (BHI) ، ومختبر لوس ألاموس الوطني ، ومركز برينستون للعلوم النظرية ، وجامعات متعددة.
كما أوضح جونسون في بيان صحفي حديث لـ CfA:
"تحتوي صورة الثقب الأسود فعليًا على سلسلة متداخلة من الحلقات. كل حلقة متتالية لها نفس القطر ولكنها تصبح أكثر وضوحًا بشكل متزايد لأن نورها يدور حول الثقب الأسود مرات أكثر قبل الوصول إلى المراقب. مع صورة EHT الحالية ، لم نكتشف سوى لمحة عن التعقيد الكامل الذي يجب أن يظهر في صورة أي ثقب أسود ".
كما يخبرنا قانون النسبية العامة ، فإن حقول الجاذبية تغير انحناء الزمكان. في حالة الثقب الأسود ، يكون التأثير شديدًا ويسبب حتى الضوء (الفوتونات) للظهور حولها. تلقي هذه الفوتونات بظلالها على الحلقة الساطعة من الغاز والغبار المتسارع ، والتي يتم تسريعها إلى السرعات النسبية بواسطة جاذبية الثقب الأسود.
حول هذه المنطقة المظللة توجد "حلقة الفوتون" المنتجة من الفوتونات التي تتركز بالجاذبية القوية بالقرب من الثقب الأسود. يمكن أن تخبر هذه الحلقة علماء الفلك بالكثير عن الثقب الأسود نظرًا لأن حجمه وشكله يكشفان كتلة الثقب الأسود ودوره (المعروف أيضًا باسم "الدوران"). بسبب صور EHT ، أصبح باحثو الثقب الأسود يمتلكون الآن أداة يمكنهم من خلالها دراسة الثقوب السوداء.
منذ الخمسينيات ، تعلم الفلكيون الكثير عنهم من خلال دراسة تأثيرهم على البيئة المحيطة بهم. وبعبارة أخرى ، كانت دراسة الثقوب السوداء غير مباشرة ونظرية بطبيعتها. ولكن مع القدرة على التقاط صور لهذه الأجرام السماوية ، يمكن لعلماء الفلك أخيرا دراستها مباشرة وجمع البيانات الحقيقية.
كان جورج وونج ، طالب دراسات عليا في الفيزياء في جامعة إلينوي في أوربانا شامبين ، مسؤولًا عن تطوير برامج لإنتاج صور محاكاة للثقب الأسود. هذا البرنامج هو ما سمح للصور التي كانت أعلى دقة حتى الآن ليتم حسابها وسمح لفريقهم بتحليلها إلى السلسلة المتوقعة من الصور الفرعية. كما أشار وونغ:
"إن الجمع بين الخبراء من مختلف المجالات مكننا من ربط الفهم النظري لحلقة الفوتون بما هو ممكن مع الملاحظة. ما بدأ كحسابات تقليدية بالقلم الرصاص والورقة دفعنا إلى دفع عمليات المحاكاة لدينا إلى حدود جديدة ".
لكن ما كان مفاجئًا بشكل خاص للباحثين هو كيف أن البنية التحتية التي كشفت عنها صورة الثقب الأسود تخلق فرصًا جديدة للبحث. في حين أن الحلول الفرعية التي كشفوا عنها عادة ما تكون غير مرئية للعين المجردة على الصور ، فإنها تنتج إشارات واضحة للغاية عند ملاحظتها بواسطة صفائف التلسكوبات باستخدام قياس التداخل.
يقدم هذا لعلماء الفلك طريقة سهلة نسبيًا للتوسع في العمل الذي قام به تعاون EHT حتى الآن. قال جونسون: "في حين أن التقاط صور الثقب الأسود يتطلب عادةً العديد من المقاريب الموزعة ، فإن الملحقات الفرعية مثالية للدراسة باستخدام اثنين فقط من المقاريب البعيدة جدًا". "إضافة تلسكوب فضائي واحد إلى EHT سيكون كافياً."
شهدت مجالات علم الفلك والفيزياء الفلكية ثورات متعددة في السنوات الأخيرة. بين أول رصد للأجسام بين النجوم ، وتأكيد موجات الجاذبية ، وأول رصد مباشر لثقب أسود. لقد مكنت هذه الأوائل البحث الذي يعد بفتح عدد من الألغاز الدائمة حول الكون.
أصبح البحث الذي أجراه الفريق ممكنًا جزئيًا من خلال منح صادرة عن وكالة ناسا ، ومؤسسة العلوم الوطنية (NSF) ، ووزارة الطاقة (DoE) ، والعديد من المؤسسات العلمية والبحثية.
