اولین تصویر گرفته‌شده از افق یک سیاه‌چاله، یکی از شاهکارهای نبوغ علمی به حساب می‌آمد. اما نیل به این هدف بسیار سخت بود و همچنین تصویر به دست آمده نیز نسبتا وضوح پایینی داشت. فناوری‌ و تکنیک‌ها بهبود می‌یابند و در نتیجه ما نیز انتظار داریم که با گذشت زمان، تصاویر گرفته شده از سیاه‌چاله‌ها کیفیت بهتری داشته باشند. در شهریورماه (سپتامبر 2019)، تصویر جدیدی که از جانب ناسا برای Black Hole Week آماده شده بود، نشان داد که ما می‌توانیم این رویداد بزرگ و حجیم را در جزئیاتی بالا مشاهده کنیم.

سیاه‌چاله‌های بزرگ در مرکز اکثر کهکشان‌های بزرگ حضور داشته و اینکه چگونه به آنجا رسیده‌اند، هنوز به صورت یک راز باقی مانده است. چیزی که بیشتر اهمیت دارد، این است که سیاه‌چاله‌ها و یا کهکشان‌های محل حضور آن‌ها، از بزرگ‌ترین سؤالات علم کیهان‌شناسی هستند.

چیزی که ما می‌دانیم این است که این اجرام آسمانی بسیار بزرگ هستند؛ جرم برخی از آن‌ها حدود میلیون‌ها و یا میلیاردها برابر جرم خورشید است. آن‌ها می‌توانند تشکیل ستاره‌ها را کنترل کنند. سیاه‌چاله‌ها هنگامی‌که شروع به تغذیه می‌کنند، به روشن‌ترین شی کائنات تبدیل می‌شوند. با گذشت دهه‌ها، ما توانسته‌ایم که برخی از مکانیزم‌های حرکتی آن‌ها را کشف کنیم.

در حقیقت، اولین تصویر شبیه‌سازی شده از یک سیاه‌چاله با استفاده از کارت پانچ رایانه IBM 7040 متعلق به دهه 1960 و همچنین با استفاده از دست، ترسیم شده است. این تصویر که توسط فیزیکدان نجومی فرانسوی؛ یعنی ژان پیر لومینت (Jean-Pierre Luminet) طراحی شده، هنوز هم به شبیه‌سازی ناسا بسیار نزدیک است.

در هر دو شبیه‌سازی (تصویر بالا مربوط به ناسا و تصویر پایین مربوط به لومینت) شما می‌بینید که یک دایره سیاه در مرکز قرار دارد. این قسمت، افق این رویداد (سیاه‌چاله) نامیده شده و در آن، تشعشعات الکترومغناطیسی مانند: نور، امواج رادیویی، اشعه ایکس و… آن‌چنان سریع نیستند که بتوانند از کشش گرانشی سیاه‌چاله عبور کنند. در وسط این شی‌ آسمانی صفحه‌ای از مواد وجود دارد که در اطراف سیاه‌چاله به حرکت در می‌آیند؛ همانند آبی که از یک آبگذر عبور می‌کند. این صفحه چنان سطحی از تشعشعات را از طریق اصطکاک ایجاد می‌کند که ما با استفاده از تلسکوپ‌های خود می‌توانیم آن را شناسایی کنیم (همان چیزی که شما آن را در تصویر شماره 1 مشاهده می‌کنید).

شما همچنین می‌توانید حلقه فوتون را نیز مشاهده کنید. حلقه فوتون یک حلقه کامل نوری در اطراف افق این رویداد است. همچنین شما می‌توانید رفت‌و‌آمد گسترده نور را در اطراف سیاه‌چاله مشاهده کنید. این نور در حقیقت از صفحه پیوسته پشت این سیاه‌چاله نشأت می‌گیرد. گرانش حتی در خارج از سیاه‌چاله نیز بسیار شدید است، به‌گونه‌ای که فضا-زمان را در هم پیچیده و مسیر نور را در اطراف این رویداد آسمانی خم می‌کند.

شما همچنین می‌توانید مشاهده کنید که یک طرف از دیسک یکپارچه، درخشان‌تر از طرف دیگر آن است. این حالت، پرتوافشانی نسبیت‌گرایانه نامیده شده و دلیل آن نیز چرخش این صفحه است. آن قسمت از این صفحه که به سمت ما حرکت می‌کند، درخشان‌تر است، زیرا سرعتی نزدیک به سرعت نور دارد. این حرکت تغییراتی را در فرکانس طول‌‌موج‌های نور ایجاد می‌کند. به این تغییر تأثیر داپلر نیز می‌گویند. بنابراین، آن طرفی که در حال دور شدن از ما است، کم‌نورتر بوده، زیرا این حرکت اثری متضاد دارد.

لومینت سال گذشته طی مقاله‌ای نوشت: “این دقیقا همان عدم تقارن درخشندگی ظاهری است. این مورد بزرگ‌ترین اثر یک سیاه‌چاله است. این شی‌ء آسمانی می‌تواند سرعتی نزدیک به‌سرعت نور و همچنین اثر داپلر بسیار قوی را به مناطق داخلی خود القا کند.” 

چنین شبیه‌سازی‌هایی می‌توانند در فهم فیزیک عجیب حاکم بر اطراف این سیاه‌چاله‌ها به ما کمک کنند. همین موضوع به ما یاری می‌رساند که تصاویر سیاه‌چاله‌ها را بهتر درک کنیم.

یک نسخه از این مقاله در شهریورماه (سپتامبر) منتشر شده است.  

نوشته شبیه‌سازی زیبای ناسا از یک سیاه‌چاله؛ تصاویری فوق‌العاده که تاکنون ندیده‌اید اولین بار در اخبار تکنولوژی و فناوری پدیدار شد.