ناسا شبیه سازی خیره کننده ای از سیاهچاله های دوتایی منتشر کرد - مجله نایس پاتوق

اگرچه تصویربرداری مستقیم از سایه و فضای اطراف سیاهچاله ها بسیار سخت است اما این تنها ابزاری نیست که ستاره شناسان در اختیار دارند. بر اساس سال ها مشاهده و تجزیه وتحلیل، یک سنت قدیمی برای شبیه سازی سیاهچاله ها وجود دارد که به ستاره شناس فرانسوی ژا- پیر لومینه (Jean-Pierre Luminet) در دهه 1970 میلادی بازمی گردد.

در سال 2019 زمانی که دانشمندان نخستین تصویر از یک سیاهچاله را با رصد سیاهچاله *M87 منتشر کردند، به شکل جالب توجهی، شبیه سازی های قبلی بسیار نزدیک به واقعیت بود. بنابراین می دانیم که پیش بینی های کلاسیک بسیار دقیق است.

در نزدیکی سیاهچاله ها به دلیل وجود میدان های گرانشی شدید، مواد کاملا دگرگون می شوند، نور خم می گردد و بسته به اینکه در کدام جهت حرکت می نماید، شدت آن تغییر می نماید. 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 می دهد؟ این پرسشی است که شاید جدیدترین تصویر شبیه سازی 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 خصوص شبیه سازی سیاهچاله ها و قرص برافزایشی آن ها، این بار دو سیاهچاله را به هم برخورد داد تا ببیند چه روی می دهد. دو سیاهچاله که یکی 200 میلیون برابر خورشید و دیگری نیم همتای خود جرم دارد. به گفته او این ها از انواع سامانه های دوتایی سیاهچاله ای هستند که فکر می کنیم هر عضو می تواند قرص برافزایشی خود را برای میلیون ها سال حفظ کند.

این شبیه سازی از جایی شروع می گردد که بیننده از بالا به سیاهچاله های عظیم که به دور یکدیگر می چرخند، نگاه می نماید. سایه هر سیاهچاله در مرکز تعیین است که توسط یک دیسک چرخان و شتاب دار دربر گرفته شده است.

حلقه نازک میان قرص برافزایشی سیاهچاله و سایه سیاهچاله را حلقه فوتونی می نامند. در این محدوده گرانش به اندازه ای قوی است که فوتون ها در مدار پایین تری اطرف سیاهچاله به دام می افتند. اگر این فوتون ها به سمت سیاهچاله انحراف داشته باشند، یعنی جایی فراتر از افق رویداد که امکان دیدن آن نیست، به درون سیاهچاله سقوط می نمایند.

با ادامه شبیه سازی چشم ناظر به سمت صفحه مداری دو سیاهچاله حرکت می نماید. در ابتدا شباهت زیادی به شبیه سازی های دیگر دیده می گردد زیرا نور قرص برافزایشی خم شده و هاله تشکیل می دهد. نور جلوی سیاهچاله هم به دلیل اثر دوپلر یعنی تغییر طول موج بسته به جهت حرکت، به دلیل حرکت به سمت ناظر، روشن تر و کم رنگ تر می گردد.

سپس شرایط سریع و شگفت آور می گردد. اشنیتمن از دو رنگ مختلف برای نشان دادن دو سیاهچاله استفاده نموده است تا آن ها را هنگام پیچ و تاب میدان های گرانشی متمایز کند. این برهم کنش میدان های گرانشی باعث می گردد که نور مسیرهای منحنی پیچیده ای را طی کند که با استفاده از اَبَررایانه ای قدرتمند پردازش می گردد. نور هر سیاهچاله وقتی تحت تأثیر گرانش همتای خود قرار می گیرد حتی بیشتر هم دچار انحراف می گردد.

در نهایت نمای نزدیکی از دو سیاهچاله را می بینیم که در آن حرکت در اطراف حلقه فوتونی یک سیاهچاله، نمای جانبی از همتای آن را نشان می دهد. این به این دلیل است که نور 90 درجه در حال خم شدن است و این یعنی تصویر سیاهچاله هم زمان از بالا و پایین و نمای جانبی دچار اعوجاج می گردد.

اشنیتمن گفت: یک جنبه چشمگیر از این تجسم جدید، ماهیت مشابه تصاویر فراوری شده توسط عدسی گرانشی است. عظیمنمایی در هر سیاهچاله تصاویر متعدد و تحریف شده بیشتری را از همتای خود نشان می دهد.

در واقع لنزهای گرانشی ابزاری سودمند برای دیدن مناطق دوردست در فضا هستند زیرا جرمی در اعماق آسمان را عظیم نموده و اغلب آن را چندتایی نشان می دهند. کهکشان ها و خوشه های کهکشانی هم می توانند عدسی گرانشی باشند اگرچه اجرام گذشته از این نوع عدسی گرانشی، به اندازه تصاویر فراوری شده توسط دو سیاهچاله فعال، خمیده و دارای موج به نظر نمی رسند.

تصویربرداری مستقیم از سیاهچاله ها احتیاج به کار بسیاری دارد و از سویی سیاهچاله های دوتایی بسیار کمیاب هستند بنابراین بعید است که به زودی شاهد دیدن نمونه واقعی شبیه سازی اشنیتمن باشیم اما شبیه سازی هایی مانند این می تواند به درک ما از فیزیک محیط های شدید اطراف سیاهچاله های عظیم یاری کند تا رصدهای صورت گرفته را بهتر تجزیه وتحلیل کنیم.

عکس کاور: جدیدترین شبیه سازی ناسا از سیاهچاله های دوتایی

Credit: NASAs Goddard Space Flight Center/Jeremy Schnittman and Brian P. Powell

منبع: Science Alert