انتشار نخستین تصویر از سایه سیاهچاله مرکز راه شیری

با گذشت بالغ بر سه سال از انتشار اولین تصویر مستقیم بشر از سایه‌ی یک سیاهچاله، روز بیست و دوم اردیبهشت‌ماه، ائتلاف تلسکوپ‌های «افق رویداد» از دومین دستاورد این همکاری رونمایی کرد: اولین تصویر مستقیم بشر از سایه‌ی سیاهچاله‌ی واقع در مرکز کهکشان میزبان‌مان، راه شیری. با اینکه داده‌های اولیه‌ی این تصویر نیز همزمان با داده‌های مربوط به اولین عکس این ائتلاف (از سیاهچاله‌ی مرکز کهکشان M87) در آوریل ۲۰۱۷ جمع‌آوری شده بود، اما شرایط فیزیکی سیاهچاله‌ی مرکزی راه شیری – موسوم به Sgr-A* (خوانده شود: «قوس-آ-ستاره») ایجاب می‌کرد تا فرصتی بسیار بیشتر به فرآیند پیچیده‌ی پردازش این داده‌ها اختصاص یابد. 

در اواخر دهه‌ی ۱۹۹۰ بود که با آغازبه‌کار نسل تازه‌ای از تلسکوپ‌های غول‌آسا در محدوده‌ی نور مرئی طیف، اولین شواهد غیرمستقیم از وجود یک جرم فوق‌العاده پرجرم و چگال در مرکز کهکشان ما به دست آمد. رصدهای چندده‌ساله‌ی اخترشناسان از حرکت ستاره‌های پیرامون این جرم مرموز، معلوم ساخت که در محدوده‌ای کوچکتر از فاصله‌ی عطارد تا خورشید، جسمی تاریک به جرم تقریباً ۴ میلیون برابر خورشید جاخوش کرده. یک محاسبه‌ی سردستی هم حکایت از آن می‌کرد که این جسم فوق‌العاده چگال هیچ نمی‌تواند باشد الا یک «ابرسیاهچاله».

ابرسیاهچاله‌ها بر خلاف سیاهچاله‌های ستاره‌ای (که از مرگ ستارگان فوق‌سنگین پدید می‌آیند)، همچنان‌که از نام‌شان پیداست، بزرگتر از آن‌اند که مرگ ستاره‌ها توضیحی برای طریقه‌ی پیدایش‌شان باشد. این اجرام عموماً در مرکز کهکشان‌های بزرگ جاخوش کرده‌اند و تأثیرات غیرمستقیم‌شان بر این نواحی آشفته، پیش‌تر از طریق رصد هسته‌های فوق‌العاده درخشان کهکشان‌های دوردست تشخیص داده شده بود.

"این اجرام عموماً در مرکز کهکشان‌های بزرگ جاخوش کرده‌اند و تأثیرات غیرمستقیم‌شان بر این نواحی آشفته، پیش‌تر از طریق رصد هسته‌های فوق‌العاده درخشان کهکشان‌های دوردست تشخیص داده شده بود"از همان زمان نیز مشخص بود که منبع لازم برای تأمین انرژی‌هایی آنچنان زیاد که به این درخشش بیانجامد، منبعی عادی نیست.

اما تا قبل از سال ۲۰۱۹ هیچ تلسکوپی رزولوشن کافی برای عکسبرداری مستقیم از محیط پیرامون یک ابرسیاهچاله را نداشت. در آن سال، داده‌های گردآمده با ائتلاف تلسکوپ‌های «افق رویداد» این طلسم را شکست و عکس مورد انتظار، از محیط پیرامون ابرسیاهچاله‌ی مرکزی کهکشان M87 منتشر شد. با اینکه این ابرسیاهچاله ۱۵۰۰ برابر ابرسیاهچاله‌ی راه شیری جرم دارد (و با این حساب قطرش در حدود ۱۷۰۰ برابر آن است)، اما در فاصله‌ای ۲۰۰۰ بار دورتر از آن نسبت به ما واقع شده؛ به طوریکه ابعاد نسبی این دو سیاهچاله از دید ما تقریباً یکسان است: معادل ابعاد یک دونات بر سطح ماه!

اولین تصویر مستقیم بشر از سایه‌ی یک سیاهچاله، واقع در مرکز کهکشان M87 / منبع: ائتلاف EHT

اما فضای کوچکتر پیرامون سیاهچاله‌ی مرکزی راه شیری باعث می‌شود تا گازهای داغ و پرسرعت پیرامون سیاهچاله (که با سرعتی نزدیک به سرعت نور به گرد آن در چرخش‌اند)، مدام جا عوض کنند و نتوان عکس واضحی از یک «لحظه‌ی قطعی» – لحظه‌ای که در آن عاقبتْ سایه سیاهچاله‌ی رخ بنماید – ثبت کرد. به همین دلیل هم پردازش حجم عظیم داده‌های دریافتی از ائتلاف تلسکوپ‌‌های «افق رویداد» سه سال بیشتر از پردازش داده‌هایی مشابه از سیاهچاله کهکشان M87 زمان برد.

با این‌حال، دریافت این داده‌ها نیز خود حکایت جذابی است: تلسکوپ افق رویداد، در واقع نه «یک» تلسکوپ، بلکه تلفیقی مجازی از هشت تلسکوپ رادیویی ِ پراکنده در اقصی‌نقاط زمین است. پراکندگی این تلسکوپ‌ها (از اروپا گرفته تا آسیا و جنوبگان) به متولیان طرح امکان می‌دهد تا داده‌های دریافتی از این شبکه‌تلسکوپ‌ها را با تقریبی قابل قبول، به هیأت تصویری پردازش کنند که انگار از یک رادیوتلسکوپ واحد به ابعاد زمین دریافت و ثبت شده است.

این روش – موسوم به «تداخل‌سنجی» – از کلیدی‌ترین ترفندهای سخت‌افزاریِ اخترشناسی رادیویی برای تهیه‌ی عکس‌هایی ظاهراً دست‌نیافتنی – از فرضاً سیاراتی در حال تشکیل پیرامون ستاره‌های نوباوه، تولد ستاره‌ها و اینک ابرسیاهچاله‌های خفته در مرکز کهکشان‌ها – است.

تشابه عکس اخیر این دانشمندان از سیاهچاله‌ی مرکز راه شیری با سیاهچاله‌ی مرکز کهکشان M87، به دستاورد مهم دیگری نیز دلالت دارد: تأیید پیش‌بینی نظریه‌ی نسبیت عام مبنی بر اینکه محیط پیرامون سیاهچاله‌ها، صرفنظر از ابعاد و جرم سیاهچاله، شمایلی یکسان دارند. این شمایل یکسان را به وضوح با مقایسه‌ی دو عکس فوق می‌توان دریافت: حلقه‌ای از نور، با یک سایه‌‌ی نسبتاً متقارن در میانه‌ی آن. این سایه، نه خودِ سیاهچاله (که به هیچ نوری اجازه‌ی خروج یا انعکاس نمی‌دهد)، بلکه محدوده‌ایست که در آن نور محیطِ پیرامون سیاهچاله چنان خم برمی‌دارد که به شکل یک دایره‌ی متقارن درمی‌آید.

پروژه‌ی افق رویداد، تیمی از ۳۰۰ پژوهشگر بین‌المللی از هشتاد مؤسسه علمی را گرد هم آورده، و نمونه‌ای مثال‌زدنی از تبلور امکان‌هایی‌ست که فقط در برهه‌ای متأخر از عمر بشر سربرزده‌اند: ظهور ابررایانه‌ها (که در غیراینصورت، محاسبات مربوط به تهیه‌ی هرکدام از این عکس‌ها آنقدر کاغذ می‌طلبید که فاصله‌ی زمین تا ماه را پر می‌کرد!)، استقبال کشورهای هر پنج قاره از ساخت و میزبانی از سخت‌افزارهای کلیدی اخترشناسی رادیویی، مشارکت مؤثر و پایدار این کشورها در مسیر دستیابی به اهداف مشترک، و نهایتاً ثبات سیاسی-اجتماعی لازم برای زیرسازی پروژه‌ای بیست‌وپنج‌ساله که از آن هیچ عواید اقتصادی مستقیمی حاصل نمی‌شود – حال‌آنکه در بلندمدت و به طور غیرمستقیم، تجسم سرمایه‌گذاری گسترده کشورها بر توسعه زیرساخت همکاری‌های بین‌المللی و تعریف جهانی بی‌مرز در خدمت پیش‌برد کنجکاوی‌های مشترک نوع بشر است.