يمكن أن تجمع اللقطة الأولى للثقب الأسود بين نظرية النسبية والفيزياء الكمومية

مساء الأربعاء ، أطلق 120 عالمًا فلكيًا من 8 مراصد في أربع قارات محاولتهم الأولى لتصوير ثقب أسود. بدأ إطلاق النار في 5 أبريل وسيستمر حتى 14 أبريل من هذا العام. كان الهدف من المراقبة هو وجود ثقبين فائقين للكتلة السوداء ، أحدهما في مركز مجرتنا درب التبانة ، والآخر في المجرة المجاورة ميسير 87. الأول قريب ، ولكن صغير القطر ، والثاني بعيد جدًا ، ولكنه ضخم. الذين يتم فحصهم بشكل أفضل - حتى الآن السؤال. القوس الأقرب إلينا ( القوس A * ) يقع في مركز مجرتنا درب التبانة على مسافة 26 ألف سنة ضوئية. 6 مليارات مرة أكثر من كتلة النجم لدينا ، لذا فإن أفق الأحداث المحيطة به أكبر. القوس A * يزن 1.5 ألف مرة أقل ويناسب مساحة أصغر من الحجم داخل مدار عطارد.



يشرح جوبال نارايانان ، أستاذ علم الفلك في جامعة ماساتشوستس في أمهيرست ، أهمية الملاحظة: "تستند نظرية أينشتاين العامة للنسبية إلى فكرة أنه يمكن الجمع بين ميكانيكا الكم والنسبية العامة ، وأن هناك نظرية عظيمة وموحدة للمفاهيم الأساسية. أفق الحدث للثقب الأسود هو بالضبط المكان الذي يتم فيه دراسة هذا الارتباط المحتمل بشكل أفضل. "سنعرف النتائج فقط في 2018 ، عندما تعالج أجهزة الكمبيوتر البيانات المستلمة. في نهاية المنشور ، هناك صورة مقترحة يجب أن نراها إذا كانت نظرية آينشتاين صحيحة.

لمراقبة آفاق الحدث من التلسكوبات الراديوية المتناثرة ، وفحص كل سماء لها ، قام الفلكيون بإنشاء تلسكوب لاسلكي افتراضي بحجم الأرض. إطلاق النار على 8 مراصد في 6 نقاط إقليمية.

يشمل المشروع معهد ماساتشوستس لمرصد التكنولوجيا (منظمة رائدة) ومركز هارفارد سميثسونيان للفيزياء الفلكية والمرصد المشترك ALMA (تشيلي) والمرصد الوطني لعلم الفلك الراديوي (NRAO) ومعهد الفلك الراديوي. ماكس بلانك (ألمانيا) ، وجامعة كونسيبسيون (شيلي) ، ومعهد الفلك والفيزياء الفلكية في الأكاديمية المركزية لتايوان (آسيا ، تايوان) ، والمرصد الفلكي الوطني الياباني (NAOJ) ومرصد أنسالا (السويد). توليفة التلسكوبات الراديوية مهمة لمراقبة العمليات سريعة الحركة في الكون ، والتي تشمل ، على سبيل المثال ، انفجارات السوبرنوفا وتدفق الإشعاع الكوني ، وكذلك للدراسات التفصيلية للأجسام الكونية الصغيرة البعيدة ، مثل الثقب الأسود القوس القوس *. إن إمكانيات أقوى التلسكوبات البصرية محدودة عند مراقبة حتى الأجسام الضخمة ، والثقوب السوداء مضغوطة للغاية.

من خلال ربط قوة التلسكوبات الراديوية الموجودة في أجزاء مختلفة من الكرة الأرضية معًا ، يتمتع الفلكيون بفرصة مشاهدة أجسام فضائية بعيدة للغاية مع وضوح مليون ضعف حدة الرؤية البشرية. إذا كان لدى الشخص مثل هذه الرؤية ، فسيرى جريب فروت أو قرص مضغوط ملقى على القمر.

إن إطلاق هذا المقراب "الافتراضي" المسمى تلسكوب Event Horizon Telescope كان مدفوعًا بتطوير تقنيات قياس التداخل الأساسي (VLBI) الطويلة جدًا على مدار العشرين عامًا الماضية. أكبر تلسكوب راديوي مليمتر في العالم ، وهو مرصد Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA) على هضبة Chachnantor المرتفعة في تشيلي ، يعمل أيضًا على نفس النموذج. في الفترة من 5 إلى 14 أبريل ، في مشروع EHT ، تقوم تقنية VLBI بتحويل جميع التلسكوبات المتصلة به إلى تلسكوب ضخم بحجم كوكبنا. تم دمج سلطات أكثر المراصد الراديوية حساسية في العالم في تشيلي وإسبانيا وكاليفورنيا وأريزونا وجزر هاواي والقطب الجنوبي للأرض. أكبرها - ALMA المذكور أعلاه - يتكون من 54 هوائيًا مكافئًا بقطر 12 مترًا و 12 لوحة بقطر 7 أمتار.

فكرة أخرى مثيرة للاهتمام يمكن استكشافها في هذه التجربة هي ما يسمى ب "مفارقة المعلومات". هذه الظاهرة هي توقع ستيفن هوكينج بأن المادة التي تقع في الثقب الأسود لا يمكن أن تضيع خارج الكون المعروف ، والتي يجب أن تتدفق إلى حد ما. هنا لترى كيف يتدفق وما يريده علماء الفلك. الطاقة أو المعلومات التي تترك ثقبًا أسودًا من خلال إشعاع هوكينج هو تأثير كمومي. يرى العلماء بانتظام تدفق نفاثات البلازما الكبيرة من مركز المجرات حيث يفترض وجود ثقوب سوداء. إذا كان هناك اتصال بين الثقوب السوداء وهذه الطائرات (أو غيرها من المعلومات وتسريبات الطاقة) ، فإن آفاق الحدث الحقيقية بالمعنى الدقيق للأشياء المنهارة في الكون لا تتشكل.

هل أينشتاين على حق

لا يمكنك رؤية الثقب الأسود نفسه ، لكن المادة التي تقع فيه ممكنة. يخلق الغبار والغاز والنجوم القريبة منطقة ذات طاقات عالية حول الثقوب السوداء ، أو ما يسمى بقرص التنامي ، حيث يتم ضغط المادة والالتواء ، مثل القمع ، ويتم تسخينها. بفضل الطاقات العالية ، تبدأ المادة في التوهج بشكل مشرق بالقرب من "أفق الحدث" - الحدود التي لا يطلق الثقب الأسود بعدها أي إشعاعات ومعلومات من نفسها. وهكذا ، نرى صورة المادة "تلتهمها" الثقب الأسود ، ظل معين من الثقب الأسود.

يفترض النموذج الكوني القياسي الحديث ΛCDM (Lambda-CiDiEM) أن النظرية النسبية العامة هي النظرية الصحيحة للجاذبية على المقاييس الكونية وأن موقعنا في الكون غير مميز بشكل خاص ، أي على نطاق واسع بما فيه الكفاية ، يبدو الكون متشابهًا في جميع الاتجاهات (متساوي الخواص) ومن كل مكان (التوحيد). يمكن أيضًا تأكيد ذلك أو دحضه.

تجمع الثقوب السوداء بين الخصائص التي وصفتها نظريتان فيزيائيتان أساسيتان في عصرنا - نظرية النسبية العامة (نظرية الهياكل الكبيرة) وميكانيكا الكم (نظرية المسافات الصغيرة). تتطلب الكتلة الضخمة للثقب الأسود استخدام النظرية النسبية العامة لوصف انحناء الزمكان الذي تسببه. لكن الحجم الصغير للثقب الأسود والعمليات الداخلية تتطلب استخدام ميكانيكا الكم. حتى الآن ، لم يكن من الممكن الجمع بين هاتين النظريتين. يؤدي الجمع بين النظريات إلى معادلات غير طبيعية - على سبيل المثال ، الكثافة اللانهائية للثقب الأسود تليها. في وقت سابق من عام 2015 ، قام تلسكوب Event Horizon (EHT) بالفعل بقياس المجالات المغناطيسية بالقرب من هذا الثقب الأسود ، لكن هيكلها كان غير معتاد للغاية - تغيرت قوة المجال المغناطيسي في بعض مناطق القرص كل 15 دقيقة ، وكان تكوينه مختلفًا جدًا في زوايا مختلفة.

وفقًا لبعض حسابات النظرية النسبية العامة لألبرت أينشتاين ، يمكننا أن نرى في الصور "هلال" الضوء المحيط بـ "قطرة" سوداء تمامًا. ينبعث هذا الضوء من المادة قبل اللحظة التي يمر فيها عبر حدود أفق الحدث لثقب أسود. في أفق الحدث القوس * ، يتوقع العلماء رؤية العديد من الفاشيات. يتم إنشاء ومضات النقطة هذه بشكل دوري هناك بتردد عالٍ - مرة واحدة في اليوم. بناءً على الملاحظات السابقة ، لاحظ العديد من المراصد شيئًا مشابهًا لتفشي المرض - انبعاثات البرق من القوس A *. نتيجة للبحوث الحالية ، سيكون الفلكيون قادرين على تتبع أصلهم ومشاهدة عملية اختزالهم.

مع التطور الناجح للأحداث ، ستصبح النقاط الساخنة علامة على بنية الفضاء المؤقت في منطقة الجاذبية القوية هذه. قال أفيري برودريك ، أستاذ مساعد في الفيزياء وعلم الفلك في جامعة واترلو في عرض EHT في وقت سابق "هذا يفتح الباب لإمكانية إجراء التصوير المقطعي للمساحة المؤقتة - تتحرك هذه البقع ، تنشأ في مختلف مجالات المراقبة". يتذكر قائلاً: "هناك مكانان فقط في الكون حيث يمكنك دراسة الجاذبية القوية على نطاق واسع وكبير جدًا وحول الأشياء المدمجة".
إذا رأينا شيئًا مختلفًا بشكل أساسي عما نتوقعه ، سيتعين على الفيزيائيين إعادة النظر ، على سبيل المثال ، في نظرية الجاذبية.

لن تظهر الصور الأولى للثقب الأسود ، التي يمكننا رؤيتها ، قبل عام 2018. في هذه الأثناء ، انظر إلى ما يمكننا رؤيته تقريبًا في هذه الصور ، التي تم إنشاؤها نتيجة لمحاكاة الكمبيوتر.



يعد دمج البيانات وإنشاء صورة شاملة باستخدام قياسات تلسكوب أفق الحدث مهمة غير صحيحة لأن كل من النتائج تحتوي على عدد لا نهائي من الصور المحتملة التي تشرح البيانات التي تم الحصول عليها. مهمة الفلكيين هي إيجاد تفسير يأخذ في الاعتبار هذه الافتراضات الأولية ، مع تلبية البيانات المرصودة. يتطلب الدقة الزاوية للتلسكوب ، وهو ضروري للحصول على كمية كافية من البيانات ، التغلب على العديد من المشاكل وتعقيد إعادة البناء بشكل لا لبس فيه للصورة. على سبيل المثال ، عند الأطوال الموجية المرصودة ، فإن عدم التجانس سريع التغير في الغلاف الجوي يقدم أخطاء قياس. يتم البحث باستمرار عن خوارزميات موثوقة قادرة على استعادة الصور في وضع الدقة الزاوي الدقيق.

حتى الآن ، يتم تنفيذ مهمة تنظيف وتفسير وتحويل البيانات المستلمة إلى صورة واحدة عالية الدقة بواسطة خوارزمية CHIRP (إعادة بناء الصور عالية الدقة المستمرة باستخدام التصحيحات الأولية) ، التي طورتها مجموعة من العلماء من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. ومع ذلك ، إذا كنت على دراية جيدة بالفيزياء والرياضيات ، فقد نشر مؤلفو CHIRP أدوات بسيطة عبر الإنترنت لمثل هؤلاء العلماء على موقع MIT على الويب ، بمساعدة أي شخص لديه مهارات برمجة يمكنه إنشاء واختبار نسخته الخاصة من الخوارزمية لمعالجة البيانات من تلسكوب Event Horizon. فجأة ، يمكنك رؤية المشكلة من زاوية غير تقليدية تمامًا وتقديم طريقة فريدة لحلها. أنا حقا لم أجد معلومات حول المكافأة. ولكن ربما كنت أبدو سيئة.

في مجموعة من الأدوات:

• مجموعة بيانات التدريب المتكاملة
• مجموعة أبعاد البيانات الحقيقية
• مجموعة بيانات موحدة لاختبار خوارزميات استعادة الصور
• تقدير كمي تفاعلي لكفاءة الخوارزمية على بيانات الاختبار المحاكاة
• مقارنة نوعية لأداء الخوارزمية أثناء إعادة بناء البيانات الحقيقية
• يمثل النموذج عبر الإنترنت نمذجة البيانات الواقعية باستخدام معلمات الصورة الخاصة والتلسكوب

كتب Geektimes بالفعل عن إعداد التلسكوب EHT العام الماضي