صورة ثقب أسود. على الرغم من لونه الداكن ، يعتقد أن جميع الثقوب السوداء تشكلت من مادة عادية ، لكن هذه الرسوم التوضيحية ليست دقيقة تمامًا.في أبريل 2017 ، جمعت التلسكوبات حول العالم في وقت واحد بيانات عن الثقب الأسود المركزي لدرب التبانة. من بين جميع الثقوب السوداء المعروفة في الكون ، فإن الفتحة الموجودة في مركز المجرة -
القوس A * - هي خاصة. من وجهة نظرنا ، أفق الأحداث هو أكبر ثقب أسود متاح لنا. إنه كبير جدًا بحيث يجب على التلسكوبات الموجودة في أماكن مختلفة على الأرض رؤيته إذا نظروا إليه جميعًا في وقت واحد. على الرغم من أن الأمر سيستغرق شهورًا لدمج وتحليل البيانات التي تم الحصول عليها من التلسكوبات المختلفة ، إلا أنه بحلول نهاية عام 2017 يجب أن نحصل على أول صورة لأفق الحدث. فكيف ينظر؟ تم طرح هذا السؤال من قبل أحد قرائنا ، مرتبكًا في الرسوم التوضيحية:
ألا يجب أن يحيط أفق الحدث الثقب الأسود تمامًا على شكل قشرة بيضة؟ يرسم جميع الفنانين ثقوبًا سوداء على شكل بيض مسلوق. لماذا لا يحيط أفق الحدث بالثقب الأسود بالكامل؟بالطبع ، على الإنترنت ، يمكنك العثور على رسوم توضيحية بمختلف أنواعها. ولكن أي منها صحيح؟
الرسم بدائرة سوداء بسيطة وخاتم حولها - صورة مبسطة للغاية لأفق BHأقدم نوع من الرسوم التوضيحية هو قرص أسود بسيط يغطي كل الضوء خلفه. هذا منطقي إذا كنت تتذكر ما هو BH: في الواقع ، إنها كتلة مجمعة في مكان واحد كبيرة جدًا ومضغوطة جدًا بحيث تتجاوز سرعة الهروب من سطحها سرعة الضوء. نظرًا لأن لا شيء يمكن أن يتحرك بسرعة كبيرة ، فحتى نقل التفاعلات بين الجسيمات داخل BH ، وداخل BH ينهار إلى التفرد ، ويتشكل أفق الحدث حول BH. لا يمكن للضوء أن يهرب من هذا الجزء الكروي من الكون ، ولهذا السبب يجب أن ينظر من أي منظور ، مثل دائرة سوداء متراكبة على خلفية الكون.
إن BH ليست مجرد كتلة على خلفية معزولة ، بل لها تأثيرات جاذبية تمتد وتمتد وتشوه الضوء بسبب العدسة الجاذبية.لكن هذه ليست القصة كلها. بسبب الجاذبية ، تزيد BHs وتشوه الضوء القادم من الجانب الخلفي بسبب تأثير عدسة الجاذبية. هناك توضيحات أكثر دقة وتفصيلاً لمظهر BH ، ولديها حتى أفق حدث يقارن حجمه بشكل صحيح مع انحناء الفضاء وفقًا لـ GR.
لسوء الحظ ، هذه الرسوم التوضيحية لا تخلو من عيوب: فهي لا تأخذ في الاعتبار المواد الموجودة أمام الثقب الأسود وقرص التنامي حول الثقب الأسود. تتضمن بعض الصور هذا.
يمكن أن تصف صورة BH النشطة ، التي يشغلها تراكم المادة وتسارع دورها في شكل طائرتين عموديتين ، BH في وسط مجرتنا بشكل صحيح من عدة وجهات نظر.نظرًا للتأثيرات الجاذبية الهائلة ، تشكل الثقوب السوداء أقراص تراكم في وجود مصادر أخرى للمادة. يمكن أن يتمزق الكويكبات والسحب الغازية والنجوم بأكملها إلى قطع بواسطة قوى المد والجزر المنبعثة من أجسام ضخمة مثل الثقوب السوداء. بسبب الحفاظ على الزخم الزاوي وبسبب التصادم بين الجسيمات المختلفة التي تقع في BH ، يظهر جسم على شكل قرص حوله ، والذي يسخن ويشع. في المناطق الداخلية ، تسقط الجسيمات بشكل دوري في الثقب الأسود ، مما يزيد من كتلته ، وتغطي المادة الموجودة أمامه جزءًا من الكرة التي قد تراها.
لكن أفق الحدث نفسه غير شفاف ، ولا يجب أن ترى أي شيء وراءه.
في الثقب الأسود في فيلم Interstellar ، يتم عرض أفق الحدث لفئة خاصة من BHs الدوارة بدقة تامةقد تتفاجأ في فيلم Interstellar BH الذي تم تصويره في هوليوود بشكل أكثر دقة من العديد من الصور المهنية التي تم إنشاؤها في وكالة ناسا أو. ولكن حتى بين المهنيين ، هناك الكثير من المفاهيم الخاطئة حول BH. BHs لا تمتص المادة ، ولكن فقط لها تأثير الجاذبية. BHs لا تمزق الأشياء بسبب بعض القوة الإضافية - تقوم قوى المد والجزر البسيطة بذلك عندما يكون جزء من الجسم الساقط أقرب إلى المركز من الجزء الآخر. والأهم من ذلك ، نادرًا ما توجد BHs في حالة "عارية" ، وغالبًا ما تقع بالقرب من مادة أخرى ، مثل تلك الموجودة في وسط مجرتنا.
صورة مركبة لـ BH Sagittarius A * في وسط مجرتنا ، تتكون من الأشعة السينية والأشعة تحت الحمراء. تبلغ كتلته 4 ملايين من الطاقة الشمسية ، ويحيط به غاز ساخن ينبعث في نطاق الأشعة السينيةوإذ تضع في اعتبارها كل هذا ، دعونا نتذكر أي نوع من صور البيض المسلوق؟ تذكر أنه لا يمكن تصوير BH نفسه ، لأنه لا ينبعث منه الضوء. يمكننا أن نلاحظ فقط في نطاق معين من الأطوال الموجية ونرى مزيجًا من الضوء يتجاوز BH من الخلف ، والانحناء حوله وأمامه. وستشبه الإشارة الناتجة حقًا بيضة مسلوقة ومقطعة إلى نصفين.
بعض الإشارات المحتملة لأفق الحدث BH التي تم الحصول عليها في محاكاة مشروع " تلسكوب أفق الحدث "الشيء هو ما نصوره بالضبط. لا يمكننا أن نلاحظ في نطاق الأشعة السينية ، لأن هناك القليل جدا من الفوتونات. لا يمكن أن نلاحظ في الضوء المرئي ، لأن مركز المجرة غير شفاف له. ولا يمكننا المراقبة في ضوء الأشعة تحت الحمراء ، لأن الغلاف الجوي يحجب مثل هذه الأشعة. ولكن يمكننا أن نراقب في نطاق الراديو ، ونفعل ذلك في جميع أنحاء العالم ، في نفس الوقت ، للحصول على أفضل دقة ممكنة.
أجزاء من "تلسكوب أفق الحدث" من نصف الكرة الأرضيةيبلغ حجم الزاوية لـ BH في وسط المجرة حوالي 37 ميكروثانية الزاوية ، ودقة التلسكوب هي 15 ميكروثانية الزاوية ، لذا يجب أن نكون قادرين على رؤيتها! تأتي معظم إشعاعات الترددات الراديوية من جسيمات المادة المشحونة ، والتي تتسارع حول BH. نحن لا نعرف كيف سيتم توجيه القرص ، سواء كان هناك العديد من الأقراص هناك ، سواء كان مثل سرب النحل أو قرص مضغوط. كما أننا لا نعرف ما إذا كان يفضل "جانبًا" واحدًا من البوسنة والهرسك ، من وجهة نظرنا ، إلى الآخر.
خمس عمليات محاكاة مختلفة في النسبية العامة باستخدام النموذج المغنطيسي الهيدروديناميكي لقرص تراكم الثقب الأسود ، وكيف ستبدو الإشارة المستقبلةنتوقع إيجاد أفق حدث حقيقي ، بحجم معين ، يحجب كل الضوء القادم من خلفه. نتوقع أيضًا وجود بعض الإشارة الموجودة أمامها ، وعدم انتظام هذه الإشارة بسبب الفوضى حول الثقب الأسود ، وأن تحديد اتجاه القرص بالنسبة إلى الثقب الأسود سيحدد ما يمكنك رؤيته بالضبط.
سيكون جزء واحد أكثر إشراقًا عندما يدور القرص في اتجاهنا. يكون الجانب الآخر أكثر خفوتًا عندما يدور القرص بعيدًا عنا. قد يكون مخطط أفق الحدث مرئيًا أيضًا بسبب عدسة الجاذبية. والأهم من ذلك ، أن موقع القرص باتجاهنا بحافة أو مستوى سيؤثر بشكل كبير على طبيعة الإشارة المستقبلة ، كما يمكن رؤيته في المربعين الأول والثالث من الشكل أدناه.
سيؤثر موقع القرص نحونا بحافة (مربعان أيمن) أو مستوي (مربعان أيسران) بشكل كبير على ما ستراه BHيمكننا التحقق من التأثيرات الأخرى ، وهي:
• هل BH بالحجم الذي تنبأ به GR ،
• سواء كان أفق الحدث مستديرًا (كما هو متوقع) ، أو ممدودًا ، أو مسطحًا عند القطبين ،
• هل يمتد انبعاث الراديو إلى أبعد مما نعتقد
أو لا يزال هناك بعض الانحرافات عن السلوك المتوقع. هذه خطوة جديدة في الفيزياء ، ونحن على وشك التحقق المباشر منها. هناك شيء واحد واضح: بغض النظر عما يراه "Event Horizon Telescope" ، سوف نتعلم بالتأكيد شيئًا جديدًا وجميلًا حول أحد أكثر الأشياء والظروف تطرفًا في الكون!
إيثان سيغل - فيزيائي فلكي ، مروج للعلوم ، مؤلف كتاب "يبدأ بانفجار!" كتب كتب "ما وراء المجرة" [ ما وراء المجرة ] و "Tracknology: علم ستار تريك" [ Treknology ].