فیزیکدانان سعی در نقض قوانین گرانش دارند اما این سیاه‌چاله ابرپرجرم گفت «نه!» – این سیاه‌چاله ابرپرجرم گفت: «به آلبرت گوش کن»

فیزیکدانان-سعی-در-نقض-قوانین-گرانش-دارند-اما-این-سیاه‌چاله-ابرپرجرم-گفت-نه-این-سیاه‌چاله-ابرپرجرم-گفت-به-آلبرت-گوش-کن

این اولین تصویر مستقیم از یک سیاهچاله است که یک حلقه زرد، دایره سیاه را احاطه کرده است. تجزیه و تحلیل‌های جدید از آن سایه درونی، نظریه گرانش انیشتین را دوباره تایید کرده است.

(تصویر: تلسکوپ افق رویداد)

 

یک آزمایش جدید از نظریه نسبیت عام آلبرت انیشتین، بار دیگر این فیزیکدان برجسته را به اثبات رساند؛ این بار با تجزیه و تحلیل مجدد اولین تصویر معروف سیاهچاله، که در آوریل ۲۰۱۹ منتشر شد.

این تصویر در حقیقت یک سیاه‌چاله ابرپرجرم را نشان می‌دهد که در مرکز کهکشان M87 قرار دارد. این نخستین مشاهده مستقیم سایه سیاه‌چاله بود؛ نشانه‌گذاری افق رویداد، محدوده‌ای در اطراف تکینگی سیاه‌چاله که هیچ نوری نمی‌تواند از آن فرار کند. نظریه انیشتین اندازه افق رویداد را بر اساس جرم سیاه‌چاله پیش‌بینی می‌کند؛ در آوریل ۲۰۱۹ مشخص شد که سایه این سیاه‌چاله به خوبی با پیش گویی نسبیت عام متناسب است.

اما اکنون، با استفاده از یک تکنیک جدید برای تجزیه و تحلیل تصویر، پژوهشگرانی که این تصویر را ساخته‌اند نشان دادند که سایه چقدر با تئوری متناسب است. پاسخ: ۵۰۰ بار بهتر از هر آزمایش نسبیتی که در منظومه شمسی انجام می‌شود. این نتیجه، به نوبه خود، برای هر نظریه ای که بخواهد نسبیت عام را (که رفتار اجرام عظیم آسمانی را توصیف می کند)، با مکانیک کوانتوم (که رفتار چیزهای بسیار کوچک را پیش‌بینی می‌کند) سازگار کند، محدودیت‌های سفت و سخت‌تری را ایجاد می‌کند.

موفقیت بزرگ نسبیت عام توصیف نحوه کار گرانش در جهان بود: گرانش چگونه اشیاء را به سمت یکدیگر می‌کشد؟ چگونه فضا-زمان را پیچ و تاب می دهد؟ و سیاه‌چاله‌ها چگونه شکل می‌گیرند؟ برای آزمودن نسبیت عام، دانشمندان از این تئوری برای پیش‌بینی نحوه تأثیر گرانش در یک موقعیت خاص استفاده می‌کنند. سپس‌، آنچه واقعاً اتفاق می‌افتد را مشاهده می‌کنند. اگر پیش‌بینی با مشاهده مطابقت داشته باشد، نسبیت عام آزمایش خود را پس داده است.

اما هیچ آزمایشی کامل نیست. تماشا کنید که گرانش خورشید چگونه عطارد را در مدار خود نگه می دارد و می‌توانید نسبیت عام را در عمل اندازه بگیرید. اما تلسکوپ‌ها نمی‌توانند حرکت عطارد در حد نانومتر را اندازه‌گیری کنند. سایر نیروها (کشش جاذبه مشتری، گرانش زمین و نیروی باد خورشیدی) بر حرکت عطارد به طریقی تأثیر می گذارند که تفکیک آن‌ها از تأثیرات نسبیت دشوار است. بنابراین نتیجه هر آزمون تقریبی است و نظریه انیشتین فقط کم و بیش ثابت شده است.

میزان این عدم قطعیت مهم است. وقتی دانشمندان نسبیت عام را بارها و بارها آزمایش می‌کنند، ایده اینشتین را محدود می کنند. دلیل اهمیت این کار این است که اگرچه نسبیت عام دائماً در آزمون‌ها قبول می شود، اما فیزیکدانان انتظار دارند که در نهایت شکست بخورد.

فیزیکدانان معتقدند که نسبیت عام باید ناقص باشد، زیرا با مکانیک کوانتوم مغایرت دارد. فیزیکدانان معتقدند که این اختلاف نشان دهنده وجود مکانیسم بزرگتر و گسترده‌ای در جهان است که هم گرانش و هم جهان کوانتومی را توصیف می‌کند که هنوز کشف نشده‎اند. آنها امیدوارند که به دنبال شکاف در نسبیت باشند، ممکن است سرنخ‌هایی پیدا کنند تا در یافتن یک تئوری کامل به آنها کمک کند.

دیمیتریوس پسالیس، اخترفیزیکدان دانشگاه آریزونا در بیانیه ای گفت: «ما انتظار داریم نظریه کاملی از گرانش وجود داشته باشد که با نسبیت عام متفاوت باشد. اما روش‌های زیادی وجود دارد که می‌توان آن را اصلاح کرد».

پسالیس، نویسنده اصلی مقاله ای است که در اول اکتبر در مجله Physical Review Letters در توصیف این آزمایش جدید منتشر شده است. او عضوی از تیم تلسکوپ افق رویداد است که مسئولیت تصویربرداری از سایه سیاهچاله M87 را برعهده داشت.

در این آزمایش جدید ، پسالیس و همکارانش از یک کامپیوتر برای تولید تصاویر ساختگی از سیاهچاله M87 استفاده کردند. این شبیه‌سازی‌ها بر اساس نسخه تغییر یافته گرانش، جایی که نیروی گرانش در افق رویداد ضعیف‌تر یا قوی‌تر است ایجاد شده است. با این سناریوی گرانش ضعیف، آنها پرسیدند که افق رویداد آن سیاهچاله چقدر بزرگ یا کوچک خواهد بود؟ با گرانش قوی تر چطور؟ سپس، آنها بررسی کردند که چه تعداد از آن تغییرات احتمالی، افق‌های رویدادی را ایجاد کرده اند که با اندازه‌های تصویری که تلسکوپ افق رویداد از M87 گرفته است تطابق دارد. بعضی از آنها تطبیق داشتند، اختلافات جزئی‌شان از پیش‌بینی‌های نسبیت عام کمتر از آن بود که در از هم گسیختگی به غایت تیره‌ی سیاه‌چاله، چشمگیر باشد اما در اکثر نمونه‌ها تطبیق وجود نداشت.

فریال اوزل، اخترفیزیکدان دانشگاه آریزونا، یکی دیگر از نویسندگان مقاله و دانشمند تلسکوپ افق رویداد، در بیانیه ای گفت: «با استفاده از سنجشی که توسعه دادیم، نشان دادیم که اندازه سایه سیاهچاله در M87، احتمالات را برای تغییر در نظریه نسبیت عام انیشتین تقریباً با ضریب ۵۰۰ در مقایسه با آزمایش های قبلی در منظومه شمسی، محکم می‌کند.»

محققان تلسکوپ افق رویداد گفته‌اند که ممکن است در آینده آنها بتوانند این احتمالات را محکم‌تر کنند.

تلسکوپ افق رویداد، شبکه‌ای از تلسکوپ‌های رادیویی در سراسر جهان است که با همکاری یکدیگر می‌توانند واضح‌ترین تصاویر ممکن را از سیاه‌چاله‌های ابرپرجرم ایجاد کنند. اجرامی که اگرچه بزرگ هستند، اما برای هر یک از تلسکوپ‌ها که بخواهد به تنهایی آن‌ها را ببینند یا آشکارسازی کنند، بسیار کوچک و کم نور هستند. تلسکوپ افق رویداد یک تصویر از سیاهچاله را در M87 منتشر کرده است. اما سیاه‌چاله کوچک‌تری در همسایگی خودمان وجود دارد که تلسکوپ افق رویداد باید بتواند از آن تصویربرداری کند: ستاره آلفا صورت‌فلکی قوس؛ یک سیاه‌چاله ابرپرجرم در مرکز کهکشان راه شیری.

از آنجا که تلسکوپ افق رویداد ارتش خود را از تلسکوپ های رادیویی روی این هدف نزدیک متمرکز کرده است، آنها روش نظری خود را اصلاح کرده و تلسکوپ های جدیدی را به این تیم اضافه کرده‌اند. به گفته آنها، تصویر بعدی که تهیه می‌کنند باید نسبیت عام را حتی بیشتر محدود کند.

یا شاید آنها چیزی ببینند که انیشتین اصلاً پیش‌بینی نکرده است.

منبع: space.com/black-hole-image-shows-einstein-right-again.html

 

مترجم: مهدی موسوی راد

ویراستار: فاطمه باقری

بازبینی نهایی: ساره واحدی

عضویت در باشگاه voice of cosmos
نظرات فیزیکدانان سعی در نقض قوانین گرانش دارند اما این سیاه‌چاله ابرپرجرم گفت «نه!» – این سیاه‌چاله ابرپرجرم گفت: «به آلبرت گوش کن»