ساخت یک فیلم از تشعشعات سیاهچاله ها

یک تیم بین المللی از ستاره شناسان به سرپرستی دانشگاه ساوتهمپتون، با استفاده از دوربین های مدرن توانستند تا یک فیلم با نرخ فریم بالا از یک سیستم سیاه‌چاله در حال رشد بسازند. این فیلم دارای جزییاتی است که تا به حال آشکار نشده بود. در این فرآیند، آن‌ها سرنخ های جدیدی برای فهم محیط اطراف سیاه‌چاله ها استفاده کردند. این تحقیق به عنوان یک مقاله در ماهنامه انجمن سلطنتی نجوم منتشر می‌شود.

سیاه‌چاله ها می توانند با تغذیه از ستاره های نزدیک،دیسک‌های عظیمی از ماده را به دور خود بوجود آورند. در این شرایط، اثر گرانش شدید سیاه‌چاله ها و همچنین میدان مغناطیسی مواد، باعث تغییرات سریع سطح تشعشع خروجی این سیستم می‌شود.

این تشعشعات در طیف نور مرئی توسط ابزار HiPERCAM که بر روی «تلسکوپ بزرگ جزایر قناری» نصب شده است، مشاهده شد. همچنین تشعشعات اشعه ایکس نیز، توسط رصدخانه NICER ناسا، مستقر در ایستگاه فضایی بین المللی آشکار شد.

سیستم سیاه‌چاله مورد مطالعه MAXI J1820+070 نام داشته و در اوایل سال 2018 کشف شد. این سیاه‌چاله در کهکشان خود ما و در فاصله 10000 سال نوری از ما قرار دارد. جرم سیاهچاله 7 برابر خورشید بوده و مساحت آن از شهر لندن کوچکتر است.

بررسی این سیستم ها معمولا بسیار دشوار است. زیرا فاصله زیاد آن‌ها از ما باعث می شود که بسیار کم نور و کوچک دیده  شوند. این امر حتی با استفاده از تلسکوپ افق رویداد (همان تلسکوپی که تصویر هیجان انگیز سیاه‌چاله مرکز کهشکان M87 را ثبت کرد) هم دشوار است. با این وجود، ابزار های HiPERCAM و NICER به محققان اجازه می دهد تا فیلمی از تغییرات سطح تشعشات، با نرخ تصویر 300 فریم در ثانیه، ضبط کنند. در این تصاویر تشعشات شدید لحظه ای از نور مرئی و اشعه ایکس دیده می‌شود.
 

جان پِیس، دانشجوی فارغ التحصیل دانشگاه ساوتهمپتون و مرکز بینِ دانشگاهی برای نجوم و اخترفیزیکِ هندوستان، نویسنده اصلی این مقاله است. او همچنین با استفاده از داده ها توانسته این تصاویر را خلق کند. وی درباره این کار توضیح داد: "این فیلم با استفاده از داده های واقعی ساخته شده است، اما سرعت آن به 1/10 کاهش یافته تا سریعترین درخشش ها، توسط چشم انسان تشخیص داده شود. در این تصاویر می‌توان دید که مواد اطراف سیاه‌چاله چطور می‌درخشند. درخشش سیاه‌چاله بیشتر از روشنایی ستاره ای است که بلعیده می‌شود. این سوسو زدن ها در حد چند میلی ثانیه طول می‌کشند ولی روشنایی آن‌ها چند صد برابر خورشید ما است.

محققان همچنین دریافتند که با کاهش درخشندگی اشعه ایکس، درخشندگی نور مرئی افزایش می‌یابد (و بالعکس). سریعترین درخشش نور مرئی، تنها کسری از ثانیه بعد درخشش اشعه ایکس بوجود می‌آید. الگوها به طور غیر مستقیم حضور پلاسما را نشان می‌دهد (ماده‌ای بسیار داغ که در آن الکترون ها از اتم ها جدا شده‌اند). این رویداد در حضور جاذبه بسیار زیاد سیاه‌چاله می‌تواند روی دهد.

این اولین باری نیست که چنین مشاهداتی صورت می‌پذیرد. این اختلاف زمانی اندک بین درخشش نور مرئی و اشعه ایکس، در دو سیستم دیگر که دارای سیاه‌چاله هستند نیز مشاهده شده است. اما این مشاهدات هرگز در این سطح از جزئیات به ثبت نرسیده بود. اعضای این تیم بین المللی طی یک دهه گذشته در خط مقدم این تحقیقات قرار داشته‌اند. دکتر پوشاک گاندی از دانشگاه ساوتهمپتون، برای تشعشعات آن دو سیاه‌چاله دیگر نیز چنین رویداد زمانی را پیدا کرده بود.

وی در مورد اهمیت این یافته ها اظهار داشت: "این واقعیت که اکنونمسئله را در سه سیستم مشاهده می‌کنیم، این ایده را تقویت می‌کند که این یک ویژگی مشترک در بین سیاه‌چاله ها است. اگر این موضوع درست باشد، باید بتوان اطلاعات اساسی در مورد جریان پلاسما در اطراف سیاه‌چاله ها بدست آورد. اما این شرایطی است که ما نمی توانیم در آزمایشگاه های زمین آن را تکرار کنیم، در عین حال متوجه نمی‌شویم که طبیعت چگونه این کار را انجام می‌دهد. بنابراین چنین داده هایی برای پرورش چنین تئوری هایی بسیار مهم هستند."

منبع:‌ phys.org