گویا نسبیت عام باز هم موفق شد:
http://www.bbc.com/persian/science-47881690
اولین تصویر واقعی از یک سیاهچاله
سال‌هاست که نظریه نسبیت عام، وجود سیاهچاله‌ها را پیش‌بینی کرده است و آنقدر که دانشمندان عمرشان را صرف مطالعه این اجسام کردند، تقریباً فراموش کرده بودیم که تاکنون یک سیاهچاله را ندیده‌ایم!
این عکس که سیاهچاله مرکز کهکشان M87 را نشان می‌دهد، اولین اثبات تجربی مستقیم از وجود سیاهچاله‌هاست که طی تلاش‌های دانشمندان در پروژه افق رویداد ثبت شده است.
پروژه افق رویداد از تکنیکی به نام “تداخل سنجی رادیویی” استفاده کرد و با به هم پیوند دادن تلسکوپ‌های رادیویی در سر تا سر کره زمین، تلسکوپی به بزرگی سیاره زمین ساخت و این تصویر را به دست آورد.
چطور با وجود سیاه بودن سیاهچاله‌ها، می‌توان آن‌ها را دید؟
ما سیاهچاله را ندیدیم! سیاهچاله آن دایره سیاه رنگ وسط تصویر است که دیده نمی‌شود. نوری که اطراف این دایره سیاه را فراگرفته، از درون افق رویداد نمی‌آید بلکه خیلی به افق رویداد نزدیک بوده است. بیشتر این نور از ذرات بسیار داغ اطراف سیاهچاله ساطع می‌شود که در فاصله‌ای بین 5 تا 20 برابر شعاع شوارتزشیلد (
https://t.me/Cosmos_language/505 ) هستند که 1000 برابر نسبت به مشاهدات قبلی به سیاهچاله نزدیک‌تر هستند. و بخشی از این نور هم در واقع از اجسامی که پشت سیاهچاله هستند می‌آید و ممکن است بعضی از فوتون‌ها ابتدا یک یا چند دور به دور سیاهچاله بچرخند و سپس به سمت ما بیایند.
چرا قسمت پایین نورانی‌تر است؟
این یکی از پیش‌بینی‌های نسبیت خاص (
https://t.me/Cosmos_language/117 ) است و به اثر داپلر (
https://t.me/Cosmos_language/78 ) مربوط می‌شود. ذرات داغی که در قرص برافزایشی (
https://t.me/Cosmos_language/505 ) در حال چرخش به دور سیاهچاله هستند، در پایین افق رویداد به سمت تلسکوپ ما حرکت می‌کنند و در بالای افق رویداد، از تلسکوپ ما دور می‌شوند و اثر داپلر باعث می‌شود در پایین افق رویداد فرکانس بالاتری را مشاهده کنیم.
چرا مشاهده در طیف رادیویی انجام شد؟
دو دلیل برای این موضوع وجود دارد. اول آنکه سیاهچاله‌ها در این طیف درخشان‌تر از سایر طیف‌ها هستند و دوم اینکه تکنولوژی امروز برای طول موج‌های کوتاه‌تر محدودیت ایجاد کرد. برای تکنیک تداخل سنجی رادیویی، هر چه طول موج کمتر باشد، رزولوشن زاویه‌ای بهتر خواهد بود. اگر میشد در طیف مرئی یا X که طول موجوهای بسیار کوتاه دارند این اندازه‌گیری را انجام داد، عالی بود. اما تکنولوژی امروز مانع این کار شد و برای گرفتن بهترین نتیجه با تکنولوژی امروز، و در نظر گرفتن درخشندگی سیاهچاله‌ها در طیف‌ها مختلف، بهترین طول موج ممکن، چیزی حدود 1mm (فرکانس 230GHz) بود.
اگر طول موج کمتر به معنای رزولوشن بالاتر است، چطور با طول موجی به بزرگی یک میلی‌متر به رزولوشن مطلوب رسیدیم؟
طول موج یک میلی‌متر، طول موج زیادی برای نور محسوب می‌شود و این یعنی رزولوشن کمتر. اما علاوه بر کاهش طول موج اندازه‌گیری، راه دیگری هم برای افزایش رزولوشن وجود دارد و آن افزایش قطر دهانه تلسکوپ است. با به هم پیوستن چندین تلسکوپ رادیویی در سر تا سر زمین، توانستیم تلسکوپی با قطر مؤثر 8000 کیلومتر تولید کنیم. هر کدام از این تلسکوپ‌ها به تنهایی رزولوشن زاویه‌ای به اندازه تقریباً 1 ثانیه قوسی به دست می‌دهند، اما مجموع آن‌ها در کنار هم می‌توانند حدود 50000 برابر رزولوشن را بهبود دهند.
چرا این کار دشوار است؟
سختی کار اینجاست که قطر مؤثر به اندازه سیاره اما مساحت مؤثر بسیار کمتر است. تلسکوپ افق رویداد که قطر مؤثر آن 8000 کیلومتر است، از چند آنتن رادیویی کوچک ساخته شده است که افق رویداد را شبیه به آینه بسیار بزرگی می‌کند که ما فقط تکه‌های کوچکی از این آینه بزرگ را در اختیار داریم و این یعنی تصویر ناقصی ثبت می‌کنیم. البته چرخش زمین به دور خودش کمی به ما کمک می‌کند اما کافی نیست. با استفاده از داده‌های ناقص و الگوریتم‌های پیچیده تصویر از داده‌ها استخراج می‌شود.
به علاوه اینکه تلسکوپ ALMA نقش کلیدی‌ای ایفا کرد. ALMA متشکل از 50 آنتن رادیویی هر کدام به قطر 12 متر است در حالی که سایر ایستگاه‌ها تنها یک با تعداد اندکی آنتن داشتند.
@Cosmos_language (
https://telegram.me/Cosmos_language )
https://telegram.me/Cosmos_language
داده‌ها چگونه ثبت و پردازش شدند؟
در هر کدام از ایستگاه‌های رصدی، بانکی از دیسک‌های سخت افزاری برای ذخیره اطلاعات وجود داشت. هر یک از این بانک‌ها از 4 الی 8 ثبت کننده و هر ثبت کننده از 8 هارد درایو 8 ترابایتی تشکیل شده بود. دیتاهایی که آنتن‌ها ثبت می‌کردند، با نرخ 8 گیگابایت بر ثانیه مستقیماً روی این دیسک‌های سخت افزاری ذخیره میشد. و در عرض 5 روز، تمامی دیسک‌ها پر می‌شدند و هر ایستگاه صدها ترابایت دیتا ذخیره کرده بود. حجم دیتاها آنقدر زیاد بود که حتی نمیشد از طریق اینترنت آن‌ها را به مرکز پردازش فرستاد و باید تمام دیسک‌های سخت افزاری با هواپیما منتقل می‌شدند. بعضی از ایستگاه‌های رصدی در مناطقی مثل گرینلد یا قطب جنوب قرار داشتند که در این صورت محققان باید ماه‌ها صبر می‌کردند تا در قطب جنوب تابستان شود و بتوانند دیسک‌ها را منتقل کنند زیرا امکان ترک قطب جنوب در زمستان به هیچ عنوان وجود ندارد.
علاوه بر این، تمام تلسکوپ‌ها همزمان باید شروع به ثبت دیتا می‌کردند. معمولاً در ماه‌های مارچ یا آپریل یک بازه زمانی 10 روزه انتخاب میشد و هنگامی که آب و هوا در تمامی نقاطی که ایستگاه‌های رصدی واقع شده بودند منسب بود، همگی با هم شروع به رصد می‌کردند؛ ضمن اینکه طی رصد هم تمام تلسکوپ‌ها باید با دقت نانوثانیه با هم هماهنگ می‌بودند.
تداخل سنجی رادیویی چگونه کار می‌کند؟
در این تکنیک، یک موج الکترومغناطیسی توسط چند تلسکوپ مختلف رصد می‌شود و از آنجا که تلسکوپ‌ها در نقاط مختلفی واقع شده‌اند، میدانیم که زمان رسیدن موج به آن‌ها باید با هم تفاوت داشته باشد. به طر تقریبی میدانیم که موج از کجا می‌آید، اما با اندازه‌گیری دقیق وقفه زمانی بین رسیدن سیگنال به ایستگاه‌های مختلف، می‌توان محل دقیق منشأ سیگنال را مشخص نمود.
نکنه آخر اینکه مشاهده انجام شده با نسبیت عام در توافق کامل بود و امروز نسبیت عام از یک آزمون سفت و سخت دیگر سرافراز بیرون آمد.
@Cosmos_language
https://telegram.me/Cosmos_language
