به چالش کشیدن یک غول: آیا سیاهچالهها کلید فیزیک نوین هستند؟
بیش از یک قرن است که نظریه نسبیت عام آلبرت اینشتین، چراغ راهنمای ما در درک گرانش، فضا و زمان بوده است. این نظریه از هر آزمونی که در برابرش قرار گرفته، سربلند بیرون آمده است، اما اکنون دانشمندان از شدیدترین و مرموزترین اجرام کیهانی – یعنی سیاهچالهها – استفاده میکنند تا آن را به آخرین مرزهایش برسانند. تصاویر نمادین از سایههای سیاهچالهها که توسط تلسکوپ افق رویداد (EHT) ثبت شدهاند، فراتر از عکسهایی شگفتانگیز هستند؛ آنها بوتههای آزمایشی برای سنجش تار و پود واقعیتاند.
این مشاهدات خارقالعاده از سیاهچالههای ابرپرجرم در کهکشان M87 و کهکشان راه شیری خودمان، این معماهای کیهانی را از مفاهیمی نظری به اجرامی قابل آزمایش تبدیل کردهاند. همانطور که پروفسور لوچیانو رزولا از دانشگاه گوته فرانکفورت توضیح میدهد: «آنچه در این تصاویر میبینید، خودِ سیاهچاله نیست، بلکه ماده داغی است که در مجاورت آن قرار دارد.» این پلاسمای درخشان که درست خارج از افق رویداد – نقطه بیبازگشت – در حال چرخش است، آخرین بارقههای نور خود را پیش از بلعیده شدن ساطع میکند. ناحیه تاریک مرکزی، یعنی «سایه»، اثر قابل مشاهده سیاهچاله بر این نور است و اندازه و شکل دقیق آن توسط قوانین گرانشی که بر آن حاکم است، تعیین میشود.
کاوش مرزهای گرانش با شبیهسازی
در حالی که نظریه اینشتین وجود و ویژگیهای این سایهها را به خوبی پیشبینی میکند، اما این تنها نظریه موجود نیست. رزولا اشاره میکند: «نظریههای فرضی دیگری نیز وجود دارند که به همین ترتیب وجود سیاهچالهها را پیشبینی میکنند.» این مدلهای جایگزین گرانش ممکن است شامل اشکال عجیبی از ماده باشند یا حتی قوانین فیزیکی بنیادی را که امروز میپذیریم، به چالش بکشند. مشکل اصلی تاکنون، یافتن راهی برای تمایز قائل شدن میان آنها و نسبیت عام بوده است.
در تحقیقی که در مجله Nature Astronomy منتشر شده، رزولا و تیم بینالمللی او روش جدیدی را پیشنهاد کردهاند. آنها با استفاده از شبیهسازیهای کامپیوتری سهبعدی پیشرفته، یک چارچوب جامع ایجاد کردهاند. این شبیهسازیها رقص آشفته پلاسما و میدانهای مغناطیسی در فضا-زمان بهشدت تابخورده اطراف انواع نظری سیاهچالهها را مدلسازی میکنند. با تولید تصاویر مصنوعی و باکیفیت از این شبیهسازیها، آنها میتوانند پیشبینی کنند که سایه یک سیاهچاله تحت نظریههای رقیب مختلف چگونه به نظر خواهد رسید.
نگاهی به آینده نجوم
اخیل اونیال، نویسنده اصلی این مقاله میگوید: «سوال اصلی این بود: تصاویر سیاهچالهها در نظریههای مختلف چقدر با هم تفاوت دارند؟» این تیم الگوهای مشخص و تفاوتهای ظریفی را در اندازه و شکل سایه کشف کردند. اگرچه تصاویر امروزی تلسکوپ EHT هنوز به اندازه کافی واضح نیستند تا این تمایزهای دقیق را تشخیص دهند، اما مسیر پیش رو مشخص است. بهبود شبکه تلسکوپ، از جمله افزودن رصدخانههای بیشتر و در نهایت یک تلسکوپ در فضا، وضوح آن را به طرز چشمگیری افزایش خواهد داد.
هدف، دستیابی به وضوح زاویهای کمتر از یک میلیونم ثانیه قوسی است. این دقت باورنکردنی مانند آن است که بتوانید یک سکه را از روی زمین بر سطح ماه تشخیص دهید. هنگامی که این امر ممکن شود، دانشمندان میتوانند مشاهدات واقعی را با کتابخانه تصاویر شبیهسازیشده خود مقایسه کرده و مشخص کنند کدام نظریه گرانش با واقعیت مطابقت بیشتری دارد.
میراث اینشتین در بوته آزمایش
تا به امروز، نظریه اینشتین شکستناپذیر باقی مانده است. مشاهدات با پیشبینیهای آن سازگار بوده و برخی از گزینههای عجیبتر، مانند وجود «تکینگیهای برهنه» یا کرمچالهها در قلب این کهکشانها، تا حد زیادی رد شدهاند. با این حال، علم بر پایه شک و آزمونهای سختگیرانه شکوفا میشود. رزولا میگوید: «حتی نظریههای تثبیتشده نیز باید به طور مداوم، به ویژه با اجرام شدیدی مانند سیاهچالهها، آزمایش شوند.» اگر روزی انحرافی از این نظریه پیدا شود، این کشف یک انقلاب بزرگ در فیزیک را رقم خواهد زد و ما را وادار میکند تا کل درک خود از گرانش و کیهان را بازنگری کنیم.
برای اطلاعات بیشتر به منبع مراجعه کنید. [لینک منبع]