كمتر از يك ماه پيش، تلسكوپ‌هاي ويژه‌اي از سرتاسر جهان، به‌طور هم‌زمان اطلاعاتي از سياه‌چاله كلان جرمي كه در مركز كهكشان راه شيري است به‌دست آوردند. تعداد زيادي سياه‌چاله در جهان وجود دارند؛ اما يكي از آن‌ها كه در مركز كهكشان راه شيري قرار گرفته است و با نام *Sagittarius A (كمان اي*) شناخته مي‌شود، يك نمونه خاص است. از زاويه‌اي كه ما نگاه مي‌كنيم، افق رويداد سياه‌چاله كلان جرم مركز كهكشان راه شيري، احتمالاً بزرگ‌ترين افق رويدادي است كه ما توانسته‌ايم شناسايي كنيم. بزرگي افق رويداد سياه‌چاله *Sagittarius A به اندازه‌اي است كه براي تصويربرداري مستقيم، بايد تلسكوپ‌هاي مختلفي در سرتاسر جهان مستقر شوند و به‌صورت هم‌زمان از آن تصويربرداري كنند.
تا كنون ما موفق نشده‌ايم از افق رويداد اين سياه‌چاله تصويري واضح تهيه كنيم؛ اما از آن‌جايي كه مطالعه و تحليل داده‌هاي دريافت شده از سوي تلسكوپ‌ها چندين ماه به طول مي‌انجامد، دانشمندان اميدوار هستند كه بتوانند پيش از پايان سال ۲۰۱۷، نخستين تصوير واضح و مستقيم از افق رويداد سياه‌چاله كلان جرم *Sagittarius A را به دست آورند و منتشر كنند.
انتشار نخستين تصوير مستقيم از افق رويداد سياه‌چاله *Sagittarius A يك اتفاق علمي بسيار بزرگ در قرن ۲۱ و تمام دوران‌ها خواهد بود و دانشمندان براي مشاهده اين تصوير، هيجان بسيار زيادي دارند. تا به حال با خود فكر كرده‌ايد كه افق رويداد چه شكلي دارد؟ اين پرسشي است كه علاوه بر شما و من، ذهن دَن بارِت را نيز به خود مشغول كرده است. وي همانند ما، تصاوير خيالي بسيار زيادي از افق رويداد سياه‌چاله مشاهده كرده و سردرگم شده است. وي پرسش خود را اين چنين مطرح مي‌كند:
آيا افق رويداد همچون سفيده تخم مرغ كه اطراف زرده را فرا گرفته، سياه‌چاله را احاطه كرده است؟ تمام تصاوير خيالي و هنري كه از افق رويداد منتشر شده‌اند، سياه‌چاله را همچون يك تخم مرغ آب پز كه از وسط برش خورده است، نشان مي‌دهند و گويي سفيده تخم مرغ، همان افق رويداد است و سياه‌چاله را احاطه كرده است. چگونه دانشمندان مي‌گويند افق رويداد اين چنين نيست و تمام محيط اطراف سياه‌چاله را احاطه نكرده است؟
حق با دَن بارِت است. تمام تصاوير خيالي منتشرشده، بر پايه‌ي فرضيات هستند؛ اما شباهت‌هايي نيز با واقعيت دارند. كدام تصوير خيالي منتشرشده از افق رويداد به واقعيت شباهت دارد؟ آيا اصلاً چنين تصويري وجود دارد؟
در گذشته، تصاوير خيالي سياه‌چاله‌ها شكل متفاوتي داشتند. در آن زمان، سياه‌چاله را به عنوان يك قرص تاريك فرض مي‌كردند كه مانع از رسيدن نور پس‌زمينه مي‌شود. اگر واقعاً در مورد سياه‌چاله‌ها تحقيق كنيم، شايد به چيزي مشابه تصورات خيالي گذشته برسيم. سياه‌چاله يك جرم بسيار عظيم و فشرده است و جرم آن همواره با دريافت جرم پيرامون، افزايش پيدا مي‌كند. سياه‌چاله، در سطح خود سرعت گريزي بسيار بيشتر از سرعت نور دارد. از آن‌جايي كه هيچ چيزي، حتي نيروها يا ذراتي كه درون سياه‌چاله هستند، نمي‌توانند با آن سرعت جابه‌جا شوند؛ تمام بخش دروني سياه‌چاله روي نقطه‌ي تكينگي آن فرو مي‌ريزد و افق رويداد در اطراف سياه‌چاله شكل مي‌گيرد. از اين ناحيه كروي از فضا، حتي نور توانايي گريز ندارد؛ بنابراين از هر مانديشه متخصصيني، سياه‌چاله به‌صورت يك دايره سياه ديده مي‌شود و با جهاني كه در پس‌زمينه است، كاملاً در تضاد خواهد بود.
داستان سياه‌چاله به اين‌جا ختم نمي‌شود. به دليل گرانش فوق‌العاده قدرتمند سياه‌چاله، نوري كه در پس‌زمينه است، خراب يا بزرگنمايي مي‌شود و پديده‌اي به نام عدسي گرانشي به‌وجود مي‌آيد. اين تصوري تقريباً دقيق از يك سياه‌چاله است؛ همچنين يك سياه‌چاله داراي افق رويدادي است كه اندازه آن متناسب با ميزان خميدگي فضا-زمان در نسبيت عام خواهد بود. متأسفانه اين تصورات نيز ناقص هستند و نمي‌توانند توضيحي قابل فهم براي موادي كه در پيش‌زمينه هستند يا آن‌هايي كه به دور سياه‌چاله گردش مي‌كنند، ارائه دهند؛ اما انديشه متخصصينات‌هاي ديگري وجود دارند كه به‌خوبي توانسته‌اند از عهده اين كار برآيند.
به دليل اثرات گرانشي عظيم، سياه‌چاله‌ها مي‌توانند در حضور منابع ديگري از ماده، در اطراف خود قرص برافزايشي شكل دهند. سيارك‌ها، ابرهاي گازي يا حتي ستاره‌ها، در حضور نيروهايي كشندي كه از سوي اجرام بزرگي نظير سياه‌چاله به آن‌ها وارد مي‌شود، تكه تكه خواهند شد. به دليل وجود سرعت زاويه‌اي و همچنين برخوردهايي كه بين ذرات مخالف صورت مي‌گيرد، در اطراف سياه‌چاله يك قرص برافزايشي از مواد تشكيل مي‌شود كه دماي بسيار بالايي دارد و از آن تابش ساطع مي‌شود.
در ناحيه‌هاي دروني قرص برافزايشي، ذرات به درون سياه‌چاله سقوط مي‌كنند و به جرم سياه‌چاله مي‌افزايند؛ اما موادي كه در بخش‌هاي بيروني‌تر اين قرص برافزايشي يا در پيش‌زمينه سياه‌چاله هستند، همان قسمت مبهم از كره يا دايره سياه‌چاله را تشكيل مي‌دهند. افق رويداد سياه‌چاله به هيچ عنوان شفاف نيست؛ به عبارت ديگر، شما نمي‌توانيد موادي را كه پشت آن قرار گرفته‌اند، مشاهده كنيد.
شما به احتمال زياد فيلم معروف Interstellar (ميان ستاره‌اي) ساخته كريستوفر نولان را ديده‌ايد؛ جالب است بدانيد كه در اين فيلم، دقيق‌ترين تصوير فرضي از سياه‌چاله ارائه شده است و حتي بسياري از تصاوير ساختگي حرفه‌اي كه توسط دانشمندان و ناسا تهيه شده‌اند نيز نمي‌توانند به خوبي فيلم Interstellar تصوير دقيقي از سياه‌چاله ارائه دهند؛ اما وقتي صحبت از سياه‌چاله مي‌شود، بسياري از حرفه‌اي‌ها و دانشمندان نيز نمي‌توانند آن طور كه بايد، اين پديده را توضيح دهند.
در باور عموم، چند تصور نادرست در مورد سياه‌چاله‌ها وجود دارند كه از افسانه‌هاي علمي محسوب مي‌شوند. به عنوان مثال، سياه‌چاله‌ها مواد را همچون جاروبرقي به درون خود نمي‌كشند؛ بلكه همانند هر جرم آسماني ديگري، آن‌ها را به‌سادگي جذب مي‌كنند. خرد شدن اجرام ديگر توسط سياه‌چاله‌ها، به دليل وجود يك نيروي ناشناخته نيست؛ بلكه اين نيروهاي كشندي هستند كه اين كار را انجام مي‌دهند. يكي ديگر از موارد مهمي كه بايد بدانيد، اين است كه سياه‌چاله‌ها به ندرت در حالت برهنه ديده مي‌شوند و معمولاً در ميان انبوهي از مواد قرار گرفته‌اند؛ سياه‌چاله مركز كهكشان راه شيري به همين شكل است.
با اين تفاسير، آيا تصاويري فرضي كه از سياه‌چاله‌ها منتشر مي‌شوند و آن‌ها را همچون تخم مرغ آب پز نشان مي‌دهند، همگي از واقعيت به دور هستند؟ به ياد داشته باشيد كه ما هيچ‌گاه نمي‌توانيم از خود سياه‌چاله تصويربرداري كنيم؛ زيرا اصلاً هيچ نوري از سياه‌چاله ساطع نمي‌شود. تنها كاري كه ما مي‌توانيم انجام بدهيم اين است كه به يك طول موج خاص بنگريم و تركيبي از نورهاي ساطع‌شده از مواد اطراف سياه‌چاله را مشاهده كنيم. اگر از اين روش استفاده كنيم، احتمالاً همان تخم مرغ آب پز را مشاهده مي‌كنيم. اين دقيقاً همان روشي است كه دانشمندان به‌تازگي از آن استفاده كرده‌اند تا بتوانند از سياه‌چاله كلان جرم مركز كهكشان راه شيري تصويربرداري كنند.
ما نمي‌توانيم با استفاده از پرتو ايكس به سياه‌چاله مركز كهكشان راه شيري بنگريم؛ زيرا از اين سياه‌چاله، تعداد بسيار اندكي فوتون پرتو ايكس ساطع مي‌شود؛ از طرفي وجود فعاليت‌هاي قدرتمند و غبار در مركز كهكشان، مشاهده سياه‌چاله در نور مرئي را غير ممكن مي‌كند. از نور مادون قرمز نيز نمي‌توان براي مشاهده سياه‌چاله استفاده كرد؛ زيرا اتمسفر زمين مانع از رسيدن مادون قرمز مي‌شود.
دانشمندان دريافته‌اند كه تنها راه مشاهده سياه‌چاله كلان جرم مركز راه شيري، اين است كه از امواج راديويي استفاده كنند و اين كار را به‌صورت جهاني انجام دهند؛ يعني با استفاده از راديو تلسكوپ‌هايي كه در نقاط مختلف جهان قرار گرفته‌اند، به‌صورت هم‌زمان از سياه‌چاله تصويربرداري كنند تا رزولوشن بهينه‌اي كه مدانديشه متخصصين است، حاصل شود.
اندازه زاويه‌اي سياه‌چاله‌اي كه در مركز كهكشان راه شيري قرار دارد، تقريباً ۳۷ ميكرو آرك ثانيه است و رزولوشن آرايه تلسكوپي جهاني كه براي تصويربرداري مورد استفاده قرار گرفته، حدود ۱۵ ميكرو آرك ثانيه است؛ بنابراين ما مي‌توانيم سياه‌چاله مركز كهكشان را به‌راحتي مشاهده كنيم! در بسامدهاي راديويي، اكثر قريب به اتفاق تابش، از ذرات بارداري كه به دور سياه‌چاله شتاب مي‌گيرند ساطع مي‌شود. دانشمندان هيچ ايده‌اي در مورد آن‌چه قرار است مشاهده كنند، ندارند و نمي‌دانند ديسك اطراف اين سياه‌چاله چه ظاهري دارد. دانشمندان نمي‌دانند جهت اين ديسك چگونه است يا اين‌كه آيا ممكن است چندين ديسك در اطراف سياه‌چاله باشند. شايد همچون يك دسته‌ي بزرگ از زنبورها كه به دور كندو گردش مي‌كنند، اين ديسك‌ها نيز به دور سياه‌چاله شكل گرفته باشند يا اين‌كه بسيار فشرده و واحد باشند. اين نكته را نيز در انديشه متخصصين داشته باشيد كه ما هنوز نمي‌دانيم قرار است كدام طرف سياه‌چاله را ببينيم؛ زيرا از جايي كه ما به سياه‌چاله مي‌نگيريم، ممكن است كه تنها يك طرف آن مشخص باشد.
دانشمندان انتظار دارند آن‌چه در مورد افق رويداد مي‌دانند نيز درست باشد؛ به عبارت ديگر، آن‌ها انتظار دارند افق رويداد، اندازه مشخصي داشته باشد و همچون مانعي بر سر راه نور پس‌زمينه قرار بگيرد. دانشمندان انتظار دارند كه بتوانند سيگنال‌هايي را از مواد اطراف افق رويداد دريافت كنند؛ اما به دليل محيط آشفته افق رويداد، اين سيگنال‌ها نيز بسيار آشفته خواهند بود. ديسك گرداني كه در اطراف سياه‌چاله گردش مي‌كند، تأثير بسزايي بر آن‌چه قرار است مشاهده كنيم مي‌گذارد. يك طرف اين ديسك چرخان كه به سمت ما چرخش مي‌كند، درخشان‌تر از طرف ديگر خواهد بود؛ همچنين بخش بيروني افق رويداد، به لطف پديده عدسي گرانشي قابل مشاهده است.
قرار است به هنگام آماده شدن تصوير سياه‌چاله كلان جرم مركز كهكشان راه شيري، چند مورد خاص نيز مورد مطالعه قرار بگيرند كه عبارتند از:
- آيا اندازه اين سياه‌چاله دقيقاً همان مقداري است كه در انديشه متخصصينيه نسبيت عام پيش‌بيني شده يا خير.
- آيا افق رويداد همان‌طوري كه پيش‌بيني شده، دايره‌اي شكل است يا اين‌كه فرم كشيده‌اي دارد.
- آيا تابش‌هاي راديويي مي‌توانند تا جايي كه ما فكر مي‌كنيم گسترش يابند يا خير.
به‌طور كلي، اين مشاهده قرار است هر آن‌چه تا به امروز درباره سياه‌چاله‌ها فرض كرده‌ايم، محك بزند. اين يك دستاورد بسيار بزرگ در علم فيزيك خواهد بود و قرار است ما بتوانيم يكي از پديده‌هاي مهم در جهان را مورد آزمايش قرار دهيم. دانشمندان مي‌گويند مهم نيست شكل افق رويدادي كه مشاهده مي‌شود با انديشه متخصصينات آنان تفاوت داشته باشد؛ بلكه مهم اين است كه ما ملزم به يادگيري چيزهاي جديد در مورد برخي از مهم‌ترين پديده‌هاي عالم هستيم.
شما در مورد افق رويداد چه فكر مي‌كنيد؟ آيا از شكل ظاهري دقيق آن اطلاع داريد؟
هم انديشي ها