ناسا یک شبیه‌سازی تازه از سیاهچاله‌های دوتایی منتشر کرده که محیط شدید اطراف آن‌ها را با جزئیات خیره‌کننده‌ای به نمایش می‌گذارد. اگرچه تصویربرداری مستقیم از سایه و فضای اطراف سیاهچاله‌ها بسیار دشوار است اما این تنها ابزاری نیست که ستاره‌شناسان در اختیار دارند. بر اساس سال‌ها مشاهده و تجزیه‌وتحلیل، یک سنت قدیمی برای شبیه‌سازی سیاهچاله‌ها وجود دارد که به ستاره‌شناس فرانسوی «ژا- پیر لومینه» (Jean-Pierre Luminet) در دهه‌ی ۱۹۷۰ میلادی بازمی‌گردد.
اما در سال ۲۰۱۹ زمانی که دانشمندان نخستین تصویر از یک سیاهچاله را با رصد سیاهچاله‌ی *M87 منتشر کردند، به شکل جالب توجهی، شبیه‌سازی‌های قبلی بسیار نزدیک به واقعیت بود. بنابراین می‌دانیم که پیش‌بینی‌های کلاسیک بسیار دقیق است.
در نزدیکی سیاهچاله‌ها به دلیل وجود میدان‌های گرانشی شدید، مواد کاملا دگرگون می‌شوند، نور خم می‌شود و بسته به اینکه در کدام جهت حرکت می‌کند، شدت آن تغییر می‌کند. پرسش اینجاست که در چنین شرایطی اگر به جای یک سیاهچاله، دو سیاهچاله که هر یک دارای گرانش مخصوص به خود و قرص برافزایشی در اطراف خود هستند، در یک مدار مشترک قفل شده باشند، چه روی می‌دهد؟ و این پرسشی است که شاید جدیدترین تصویر شبیه‌سازی ناسا از دو سیاهچاله پاسخی برای آن باشد.
«جرمی اشنیتمن» (Jeremy Schnittman) از مرکز پروازهای فضایی گادرد ناسا با تکیه بر کار قبلی خود در مورد شبیه‌سازی سیاهچاله‌ها و قرص برافزایشی آن‌ها، این بار دو سیاهچاله را به هم برخورد داد تا ببیند چه روی می‌دهد. دو سیاهچاله که یکی ۲۰۰ میلیون برابر خورشید و دیگری نیم همتای خود جرم دارد. به گفته‌ی او «این‌ها از انواع سامانه‌های دوتایی سیاهچاله‌ای هستند که فکر می‌کنیم هر عضو می‌تواند قرص برافزایشی خود را برای میلیون‌ها سال حفظ کند.»
این شبیه‌سازی از جایی آغاز می‌شود که بیننده از بالا به سیاهچاله‌های عظیم که به دور یکدیگر می‌چرخند، نگاه می‌کند. سایه‌ی هر سیاهچاله در مرکز مشخص است که توسط یک دیسک چرخان و شتاب‌دار دربر گرفته شده است.
حلقه‌ی نازک میان قرص برافزایشی سیاهچاله و سایه‌ی سیاهچاله را «حلقه‌ی فوتونی» می‌نامند. در این محدوده گرانش به اندازه‌ای قوی است که فوتون‌ها در مدار پایین‌تری اطرف سیاهچاله به دام می‌افتند. اگر این فوتون‌ها به سمت سیاهچاله انحراف داشته باشند، یعنی جایی فراتر از افق رویداد که امکان دیدن آن نیست، به درون سیاهچاله سقوط می‌کنند.
با ادامه‌ی شبیه‌سازی چشم ناظر به سمت صفحه‌ی مداری دو سیاهچاله حرکت می‌کند. در ابتدا شباهت زیادی به شبیه‌سازی‌های دیگر دیده می‌شود زیرا نور قرص برافزایشی خم شده و هاله تشکیل می‌دهد. نور جلوی سیاهچاله هم به دلیل اثر دوپلر یعنی تغییر طول موج بسته به جهت حرکت، به دلیل حرکت به سمت ناظر، روشن‌تر و کم‌رنگ‌تر می‌شود.
سپس وضعیت سریع و شگفت‌آور می‌شود. اشنیتمن از دو رنگ مختلف برای نشان دادن دو سیاهچاله استفاده کرده است تا آن‌ها را هنگام پیچ و تاب میدان‌های گرانشی متمایز کند. این برهم‌کنش میدان‌های گرانشی باعث می‌شود که نور مسیرهای منحنی پیچیده‌ای را طی کند که با استفاده از اَبَررایانه‌ای قدرتمند پردازش می‌شود. نور هر سیاهچاله وقتی تحت تأثیر گرانش همتای خود قرار می‌گیرد حتی بیشتر هم دچار انحراف می‌شود.
در نهایت نمای نزدیکی از دو سیاهچاله را می‌بینیم که در ان حرکت در اطراف حلقه‌ی فوتونی یک سیاهچاله، نمای جانبی از همتای آن را نشان می‌دهد. این به این دلیل است که نور ۹۰ درجه در حال خم شدن است و این یعنی تصویر سیاهچاله هم‌زمان از بالا و پایین و نمای جانبی دچار اعوجاج می‌شود.
اشنیتمن گفت: «یک جنبه‌ی چشمگیر از این تجسم جدید، ماهیت مشابه تصاویر تولید شده توسط عدسی گرانشی است. بزرگنمایی در هر سیاهچاله تصاویر متعدد و تحریف‌شده‌ی بیشتری را از همتای خود نشان می‌دهد.»
در واقع لنزهای گرانشی ابزاری سودمند برای دیدن مناطق دوردست در فضا هستند زیرا جرمی در اعماق آسمان را بزرگ کرده و اغلب آن را چندتایی نشان می‌دهند. کهکشان‌ها و خوشه‌های کهکشانی هم می‌توانند عدسی گرانشی باشند اگرچه اجرام گذشته از این نوع عدسی گرانشی، به اندازه‌ی تصاویر تولید شده توسط دو سیاهچاله‌ی فعال، خمیده و دارای موج به‌نظر نمی‌رسند.
تصویربرداری مستقیم از سیاهچاله‌ها نیاز به کار بسیاری دارد و از سویی سیاهچاله‌های دوتایی بسیار کمیاب هستند بنابراین بعید است که به‌زودی شاهد دیدن نمونه‌ی واقعی شبیه‌سازی اشنیتمن باشیم اما شبیه‌سازی‌هایی مانند این می‌تواند به درک ما از فیزیک محیط‌های شدید اطراف سیاهچاله‌های عظیم کمک کند تا رصدهای انجام شده را بهتر تجزیه‌وتحلیل کنیم.
عکس کاور: جدیدترین شبیه‌سازی ناسا از سیاهچاله‌های دوتایی
Credit: NASA’s Goddard Space Flight Center/Jeremy Schnittman and Brian P. Powell
امتیاز این نوشته
امتیاز
