۲۲:۱۱ ۰۸ دی ۱۴۰۳
در سال ۲۰۱۹، تلسکوپ افق رویداد (EHT) توانست برای نخستین بار تصویری از یک سیاه چاله به دنیا ارائه کند. این تصویر شگفت آور، نمایی از یک سیاه چاله کلان جرم (ابرسیاه چاله) را در میانه کهکشان M87 برجسته کرد.
اکنون این ابرسیاه چاله بار دیگر توجه دانشمندان را به خود جلب کرده است؛ چرا که شراره ای عمده از پرتو گاما از آن ساطع شده که فوتون هایی را با قدرتی بسیار فراتر از نور مرئی منتشر می کند.
این شراره قوی که در طول یک دهه اخیر به ندرت مشاهده شده است، به محققان کمک می کند تا درک بهتری از چگونگی دستیابی ذراتی از قبیل الکترون ها و پوزیترون ها به چنین سطوح بالای انرژی در شرایط دشوار پیرامون سیاه چاله ها پیدا کنند.
تصویری از اولین سیاه چاله
این سیاه چاله واقع در مرکز کهکشان M87 می تواند فواره ای تولید کند که ابعادی میلیون ها برابر بزرگتر از افق رویداد واقعی، مرز سطحی سیاه چاله، داشته باشد.
این انفجار اخیر فراتر از حد معمول تشعشعات پرانرژی در نواحی اطراف سیاه چاله که با تلسکوپ های رادیویی شناسایی شده بودند، قرار داشت و حدود سه روز به طول انجامید.
این شراره به طرز چشم گیری از ناحیه ای با عرض کمتر از سه روز نوری، معادل کمتر از ۱۵ میلیارد مایل، به وجود آمد.
پرتوهای گاما که نوعی بسته انرژی الکترومغناطیسی شناخته می شوند و به عنوان فوتون شناخته می شوند، بالاترین طول موج انرژی را در طیف الکترومغناطیسی کهکشان نمایش می دهند. این پرتوها عموماً در داغ ترین و پرانرژی ترین نقاط کیهان تولید می شوند، مکان هایی که سیاه چاله ها در آنجا وجود دارند.
در مورد شعله ور شدن M87، پرتوهای گاما به سطح انرژی چندین تراالکترون ولت می رسند که یک مقیاس بسیار بزرگ از انرژی به حساب می آید و به طور معمول به ذرات زیراتمی نسبت داده می شود.
زمانی که ماده به صورت مارپیچی به سمت سیاه چاله می رود، یک دیسک برافزایشی تشکیل می شود که مجموعه ای از ذرات متحرک است که به دلیل کاهش انرژی گرانشی شتاب می گیرند.
برخی از این ذرات به واسطه میدان های مغناطیسی قوی به عنوان فواره هایی از قطب های سیاه چاله به بیرون پرتاب می شوند. این فرآیند پرآشوب ممکن است منجر به انفجارهای ناگهانی انرژی، که به آن ها «شراره» گفته می شود، شود؛ اما مسئله این است که پرتوهای گاما به سطح زمین نمی رسند.
با این حال، فیزیکدانان نزدیک به هفتاد سال پیش دریافته بودند که می توانند پرتوهای گاما را به صورت غیرمستقیم از طریق رصد تشعشعات ثانویه ای که از تعامل این پرتوها با جو تولید می شوند، شناسایی کنند.
پرتوهای گاما
ویدونگ جین (Weidong Jin)، محقق فوق دکترا در دانشگاه کالیفرنیا لس آنجلس (UCLA) و نویسنده اصلی یک مقاله مهم منتشر شده در مجله Astronomy & Astrophysics، به طور مداوم درباره شتاب ذرات نزدیک به سیاه چاله ها تحقیق می کند.
او اظهار داشت: این ذرات با سرعتی نزدیک به سرعت نور حرکت کرده و انرژی بسیار بالایی دارند و هدف ما کشف آن است که این انرژی را چگونه و از کجا تأمین می کنند.
این مطالعه دقیق ترین داده های طیفی جمع آوری شده از M87 را ارائه داده و به درک ما از این فرآیندها کمک شایانی می کند.
جین در تحلیل انرژی های بالاتر مجموعه داده ها، به ویژه پرتوهای گامای با انرژی بسیار شدید که توسط رصدخانه پرتو گامای زمینی وریتاس (VERITAS) در رصدخانه فرد لارنس ویپل (Fred Lawrence Whipple) واقع در جنوب آریزونا جمع آوری شده است، نقش کلیدی ایفا کرده است.
دانشگاه کالیفرنیا لس آنجلس در توسعه VERITAS نقشی حیاتی ایفا کرده است؛ از سخت افزار الکترونیکی که مشاهدات تلسکوپ را ثبت می کند، تا نرم افزاری که برای تحلیل داده ها و شبیه سازی عملکرد استفاده می شود.
این کار مفصل، امکان شناسایی شراره ها را از طریق تغییرات قابل توجه در درخشندگی فراهم کرد که انحرافی قابل توجه از مشاهدات قبلی را نشان می دهد.
علاوه بر VERITAS، چندین رصدخانه دیگر زمینی و فضایی در یک کمپین چند طول موجی به همراه EHT در سال ۲۰۱۸ مشارکت کردند؛ این شامل تلسکوپ فضایی FermiLAT، تلسکوپ فضایی هابل، NuSTAR و تلسکوپ های چاندرا و سوئیفت به همراه سه مورد از بزرگ ترین آرایه های تصویربرداری جوی در جهان شامل VERITAS، H.E.S.S و MAGIC بود.
این امکانات قابلیت شناسایی فوتون های پرتو ایکس و همچنین پرتوهای گامای پربازده را دارند.
یکی از مجموعه داده های کلیدی که در این تحقیق مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت، توزیع انرژی طیفی بود.
جین توضیح می دهد: این طیف نشان می دهد چگونه انرژی اجرام نجومی نظیر M87 در طول موج های مختلف نور تقسیم می شود. این فرآیند مشابه ایجاد یک رنگین کمان و اندازه گیری انرژی در هر رنگ است.
این تحلیل نقش مهمی در روشن سازی مکانیزم های شتاب ذرات پرانرژی در فواره ابرسیاه چاله ها ایفا می کند.
پژوهشگران همچنین به یک نوسان جالب در موقعیت و زاویه افق رویداد سیاه چاله و فواره آن اشاره کردند که نشان دهنده ارتباط بین ذرات و افق رویداد در مقیاس های مختلف است.
جین نتیجه گیری کرد: ابرسیاهچاله M87 دارای یک فواره دوقطبی است که هزاران سال نوری از هسته اش کشیده شده و این مطالعه فرصتی نادر را برای بررسی بیشتر ریشه این پدیده ها رقم می زند.