پژواک نور از پشت یک سیاه‌چاله، نظریه نسبیت عام اینشتین را تأیید می‌کند
تصویر 1تصویری از نحوه‌ی انعکاس نور از پشت یک سیاه‌چاله.
برای اولین بار دانشمندان توانستند نوری را که از پشت سیاه‌چاله می‌آید، به صورت منفرد بررسی کنند. این عمل به آن‌ها کمک می‌کند تا از منظر دیگری روی این موضوع مطالعه کنند.
یک تیم بین المللی به سرپرستی دان ویلکینز[1] از دانشگاه استنفورد با کمک دو تلسکوپ فضایی XMM-Newton آژانس فضایی اروپا و NuSTAR ناسا، توانستند شراره‌های بسیار درخشان پرتوی ایکس را که از اطراف سیاه‌چاله می‌آید، مشاهده کنند.
شراره‌های اشعه‌ی ایکس از سقوط گازها به درون سیاه‌چاله انعکاس پیدا می‌کنند. زمانی که شراره‌ها فروکش کردند، تلسکوپ‌ها جرقه‌های ضعیف‌تری را ثبت کردند که پژواکی از شراره‌های پرتاب گاز از پشت سیاه‌چاله بودند.
این سیاهچالهی کلان‌جرم[2]، 10 میلیون برابر خورشید جرم دارد و در مرکز یک کهکشان مارپیچی به نام “I Zwicky 18″، در فاصله 1800 میلیون سال نوری از زمین قرار دارد.
ستاره شناسان انتظار این را نداشتند که بتوانند از پشت سیاه‌چاله چیزی ببینند، زیرا هیچ نوری نمی‌تواند از آن فرار کند. اما به دلیل گرانش شدید سیاه‌چاله که باعث پیچش فضای اطراف آن شده است، پژواک‌های نوری از پشت سیاه‌چاله، در اطراف سیاه‌چاله خم شده و توسط تلسکوپ‌های XMM و NuSTAR قابل مشاهده شدند.
این کشف بزرگ زمانی رخ داد که به یافتن اطلاعات بیشتر در رابطه با “تاج” (کرونا) اسرار آمیز سیاه‌چاله، که منبع نور درخشان اشعه ایکس است، می‌پرداختند. ستاره‌شناسان معتقدند که این تاج ناشی از گازی است که به‌طور مداوم درون سیاه‌چاله سقوط می‌کند، و یک قرص چرخان مانند یک گرداب در اطراف خود ایجاد می‌کند. این قرص چرخان قابل رویت از موادی مانند گاز و غبار و بقایای ستاره ها تشکیل شده است که نزدیک سیاه‌چاله میشوند ولی به داخل آن کشیده نمی‌‌شوند و اطراف افق رویداد را در برمی‌گیرند. این پدیده قرص بر افزایشی[3] نامیده میشود. افق رویداد فاصله‌ای است که هیچ ذره و یا تابش الکترومغناطیسی قادر نیست از آن بگریزد و بنابراین چیزی در این ناحیه قابل رویت نیست.
این قرص گازی تا میلیون‌ها درجه گرم میشود و میدان‌های مغناطیسی‌ای تولید می‌کند که توسط سیاهچالهی در حال چرخش به صورت گره در می‌آیند. هنگامی که گره‌های میدان مغناطیسی به‌هم متصل شوند، محکم میشوند و انرژی ذخیره شده آن آزاد می‌گردد. این اتفاق همه چیز را در اطراف خود گرم می‌کند و تاجی از الکترون‌های پر انرژی تولید می‌کند که باعث تولید نور اشعه ایکس میشود.
شراره‌های اشعه ایکس دیده شده از I Zwicky 18″” به قدری درخشان بوده است که بخشی از اشعه‌های ایکس بر روی قرص‌های گاز که در حال سقوط در سیاه‌چاله بوده‌اند، مشاهده شده است. این فوتون‌ها مربوط به اشعه ایکسی است که بر روی گاز پشت سیاه‌چاله منعکس شده بود. بازتاب اشعه ایکس از قرص برافزایشی از طریق یک خط K آهن که به‌طور نسبیتی پهن شده و قله کوهانی شکل کامپتون در طیف گسیل اشعه ایکس آشکار شده است. جابه‌جایی‌های انرژی این فوتون‌ها منشا آن‌ها را از قسمت‌های مختلف قرص مشخص می‌کند. اشعه ایکسی که بر روی گاز پشت سیاه‌چاله بازتاب یافته در اطراف آن خم شده و توسط میدان گرانشی قوی بزرگ میشوند. جرقه‌های کوچک‌تر با تاخیر توسط تلسکوپ ثبت گردیده است. این مشاهدات با پیش‌بینی‌های انیشتین در نظریه نسبیت عام، در مورد چگونگی خم شدن گرانش در اطراف سیاه‌چاله مطابقت دارد.
پژواک اشعه ایکس از قرص برافزایشی، دارای رنگ‌های خاصی از نور است و با حرکت اشعه ایکس در اطراف سیاه‌چاله، رنگ آن کمی تغییر می‌کند. پژواک‌های اشعه ایکس رنگ‌های متفاوتی دارند و در زمان‌های مختلف دیده میشوند. بنابراین، بسته به اینکه از کجا روی قرص منعکس شده‌اند، حاوی اطلاعات زیادی در مورد آنچه در اطراف یک سیاه‌چاله اتفاق می افتد، هستند. ستاره‌شناسان می‌خواهند از این تکنیک برای ایجاد یک طرح سه‌بعدی از محیط سیاه‌چاله استفاده کنند.
راز دیگری که در مطالعات آینده باید حل شود این است که چگونه این تاج، این‌گونه از شراره‌های پرتوی ایکس را تولید می‌کند. برای توصیف و فهم بیشتر در رابطه با تاج‌های سیاه‌چاله، این ماموریت با همکاری رصدخانه اشعه ایکس XMM-Newton آژانس فضایی اروپا و ATHENA (تلسکوپ پیشرفته برای اخترفیزیک با انرژی بالا[4]) ادامه می‌یابد.
منبع: https://scitechdaily.com/light-echo-from-behind-a-black-hole-confirms-einsteins-theory-of-general-relativity
مرجع:
Reference: “Light bending and X-ray echoes from behind a supermassive black hole” by D. R. Wilkins, L. C. Gallo, E. Costantini, W. N. Brandt and R. D. Blandford, 28 July 2021, Nature.
DOI: 10.1038/s41586-021-03667-0
[1] Dan Wilkins
[2] Supermassive black hole
[3] accretion disc
[4] Advanced Telescope for High-ENergy Astrophysics (Athena)