پیش‌بینی اینشتین در مورد سیاه چاله‌ها درست از آب درآمد!

اکنون برای اولین بار، با بررسی داده‌های اشعه ایکس یک سیاه چاله فعال، شاهد وجود این ناحیه سقوط هستیم. دکتر اندرو مامری، فیزیکدان نظری از دانشگاه آکسفورد در انگلستان می‌گوید، نظریه اینشتین پیش‌بینی می‌کرد این سقوط نهایی وجود داشته باشد، اما این اولین باری است که توانسته‌ایم وقوع آن را اثبات کنیم. آن را مانند رودخانه‌ای تصور کنید که به آبشار تبدیل می‌شود. تا به حال ما فقط رودخانه را می‌دیدیم. حالا برای اولین بار شاهد خود آبشار هستیم.

ماده‌ای که به سمت سیاه چاله حرکت می‌کند، مسیر مستقیمی را طی نمی‌کند. این ماده مانند آبی در حال چرخش، به صورت مارپیچ و اجتناب‌ناپذیری به سمت چاه می‌چرخد. این تشبیه چندان هم بی‌مورد نیست. شباهت آنقدر زیاد است که دانشمندان از گرداب‌های در حال چرخش برای مطالعه محیط اطراف سیاه‌چاله‌ها استفاده می‌کنند!

بررسی مستقیم سیاه چاله امکان‌پذیر نیست

بررسی مستقیم خود سیاه چاله کمی دشوار است، زیرا خمیدگی شدید زمان و فضا در اطراف آن‌ها بسیار شدید است. اما چند دهه پیش، آلبرت اینشتین پیش‌بینی کرد که در فاصله معینی از سیاه چاله، ماده دیگر نمی‌تواند مسیر دایره‌ای ثابتی را دنبال کند و مانند آبی که از لبه مجرای مشابه سقوط می‌کند، به‌طور مستقیم به پایین سقوط خواهد کرد.

هیچ دلیلی وجود ندارد که باور کنیم اینطور نباشد. ماده به نحوی باید از افق رویداد عبور کند و نظریه گرانش اینشتین تا کنون در تمام موارد مورد بررسی قرار گرفته است؛ اما اخترفیزیکدانان مطمئن نبودند که آیا می‌توانیم چنین پدیده‌ای را آشکار بسیازیم.

کار دکتر مامری و همکارانش، بخش‌های مختلفی داشت. یکی از این بخش‌ها توسعه شبیه‌سازی‌های عددی و مدل‌هایی بود که ناحیه سقوط را به تصویر می‌کشید تا نوری را که ساطع می‌کند نشان دهد. پس از آن، محققان به شواهد مشاهده‌ای نیاز داشتند که حاوی همان انتشار ناحیه سقوط باشد.

سیاهچاله مورد نظر در سیستمی به نام MAXI J1820+070 که در فاصله حدود 10,000 سال نوری از ما است، قرار دارد. این سیستم حاوی یک سیاه‌چاله به جرم تقریباً 8.5 برابر جرم خورشید و یک ستاره همدم دوتایی است که سیاه‌چاله با چرخش این جفت اجرام، ماده را از آن می‌رباید و به صورت جرعه‌هایی تغذیه می‌کند که به عنوان سوسوز اشعه ایکس آشکار می‌شود.

ستاره‌شناسان برای درک بهتر رفتار این سیاه‌چاله، آن را زیر نظر داشته‌اند. بنابراین، محققان توانستند به داده‌های باکیفیت بسیار بالایی که با استفاده از ابزارهای NuSTAR و NICER اشعه ایکس در مدار پایین زمین به دست آمده است، دسترسی پیدا کنند. آن‌ها به‌طور خاص روی انفجاری که در سال 2018 رخ داده بود تمرکز کردند.

دانشمندان، پیش‌بینی اینشتین در مورد سیاه چاله ها را ثابت کردند

مطالعات قبلی درخشش اضافه‌ای را در مشاهدات این تابش اشعه ایکس ثبت کرده بودند که دلیل آن به‌طور کامل قابل توضیح نبود. یک مطالعه در سال ۲۰۲۰ منتشر شد که می‌گفت، این درخشش ممکن است از درون ناحیه مدار دایره‌ای پایدار داخلی یعنی همان منطقه سقوط، ساطع شود. دکتر مامری و همکارانش این درخشش را با دقت خاصی مورد مطالعه قرار دادند و دریافتند که با انتشار ناشی از شبیه‌سازی‌هایشان مطابقت دارد.

محققان می‌گویند این یافته نهایتاً وجود ناحیه سقوط را به‌طور قطع تأیید می‌کند و به ما ابزاری جدید برای بررسی رژیم گرانشی شدید در ناحیه‌ای درست خارج از افق رویداد سیاه‌چاله می‌دهد.

دکتر مامری می‌گوید، آنچه واقعاً هیجان‌انگیز به‌نظر می‌رسد، این است که کهکشان ما سیاه‌چاله‌های زیادی دارد و حالا ما تکنیک قدرتمند جدیدی برای استفاده از آن‌ها جهت مطالعه قوی‌ترین میدان‌های گرانشی شناخته شده را در اختیار داریم.

محققان معتقدند که این یافته، پیشرفتی هیجان‌انگیز در مطالعه سیاه‌چاله‌ها است و به آن‌ها امکان می‌دهد ناحیه نهایی اطراف آن‌ها را بررسی کنند. این بسیار مهم است، زیرا تنها در این صورت می‌توانیم نیروی گرانش را به‌طور کامل درک کنیم. این سقوط نهایی پلاسما درست در لبه سیاه‌چاله رخ می‌دهد و واکنش ماده به قوی‌ترین شکل ممکن از گرانش را نشان خواهد داد.