شتاب واقعی یا توهم نوری؟
1
جهان پر از نیروهای قدرتمند است، اما معدود پدیده‌هایی به اندازه‌ی جت‌های پرسرعتی که از سیاه‌چاله‌های فوق‌سنگین ساطع می‌شوند، رمزآلود هستند.
این جت‌های پلاسمایی که از مرکز کهکشان‌هایی به نام «هسته‌های فعال کهکشانی» (AGN) خارج می‌شوند، با سرعتی نزدیک به سرعت نور در فضا شلیک می‌شوند.
پرسش‌هایی بی‌پاسخ و مطالعه‌ای نوین
دانشمندان مدت‌هاست که به دنبال پاسخ به این پرسش‌ها هستند: این جت‌ها چگونه شکل می‌گیرند؟ چرا شتاب می‌گیرند؟ میدان‌های مغناطیسی چه نقشی در ساختار آن‌ها دارند؟
مطالعه‌ای جدید که توسط پژوهشگرانی از مؤسسه اخترشناسی رادیویی ماکس پلانک (MPIfR) در آلمان و مؤسسه اخترفیزیک اندلس (IAA-CSIC) در اسپانیا انجام شده، نور تازه‌ای بر این پرسش‌ها می‌تاباند.
تلسکوپ‌هایی در مقیاس سیاره زمین
پژوهشگران در این مطالعه از داده‌های کمپین سال ۲۰۱۷ «تلسکوپ افق رویداد» (EHT) استفاده کردند. این شبکه جهانی از تلسکوپ‌های رادیویی، در مجموع یک رصدخانه مجازی به بزرگی زمین را تشکیل می‌دهد.
EHT که با ثبت اولین تصویر از سیاه‌چاله‌ای در کهکشان M87 شناخته می‌شود، دارای دقتی بی‌نظیر است و می‌تواند ساختارهایی را درست در نزدیکی افق رویداد سیاه‌چاله آشکار کند.
ترکیب مشاهدات برای تصویری کامل‌تر
در این پژوهش، دانشمندان مشاهدات بسیار دقیق EHT را با تصاویر قدیمی‌تر گرفته شده توسط آرایه‌های VLBI و VLBA مقایسه کردند. این تصاویر قدیمی، جت‌ها را در مقیاس‌های بسیار بزرگ‌تری نشان می‌دادند.
با ترکیب داده‌ها در فرکانس‌ها و دقت‌های مختلف، پژوهشگران توانستند تصویری جامع‌تر از چگونگی تحول این جت‌ها از ناحیه اطراف سیاه‌چاله تا فواصل میان‌ستاره‌ای به دست آورند.
مشاهده‌ای نزدیک‌تر به منشأ جت‌ها
یان رِدِر، سرپرست این پژوهش گفت:
«یافته‌های ما باورهای قدیمی درباره رفتار جت‌ها را به چالش می‌کشد. با تحلیل نمونه‌ای از شانزده هسته فعال کهکشانی، توانستیم اثرات خصوصیات خاص منابع منفرد را کاهش دهیم و تصویر کلی‌تری از رفتار جت‌ها ارائه دهیم.»
بازنگری در مدل‌های کلاسیک جت‌ها
مدل سنتی تصور می‌کرد که جت‌ها شکلی مخروطی دارند و پلاسمای درون آن‌ها با سرعتی ثابت حرکت می‌کند و در این مسیر، میدان مغناطیسی و چگالی پلاسما کاهش می‌یابد.
بر همین اساس انتظار می‌رفت ظاهر و رفتار جت‌ها قابل پیش‌بینی باشد، اما یافته‌های جدید این فرض را زیر سؤال برده‌اند.
پیچیدگی‌های ساختاری و هندسی
رِدِر افزود: «این مدل پایه‌ای نمی‌تواند توصیف دقیقی برای همه‌ی جت‌ها باشد – شاید فقط برای اقلیتی از آن‌ها صادق باشد. دینامیک و زیرساختار جت‌ها بسیار پیچیده است و نتایج رصدی می‌توانند به شدت از تداخل‌های اخترفیزیکی تأثیر بگیرند.»
به‌عنوان مثال، جت‌ها ممکن است شتاب‌دار به نظر برسند؛ یا واقعاً پلاسمای آن‌ها سرعت می‌گیرد، یا به دلیل هندسه مسیر و خم شدن جت، ممکن است به سوی ما مستقیم‌تر حرکت کند و همین باعث می‌شود حرکتش سریع‌تر به نظر برسد.
روشنایی فزاینده با فاصله گرفتن از سیاه‌چاله
پژوهشگران متوجه نکته‌ای جالب در مورد روشنایی جت‌ها شدند: با دور شدن پلاسما از سیاه‌چاله، روشنایی آن افزایش می‌یابد. این مسئله می‌تواند نشانه‌ای از شتاب گرفتن واقعی جت یا بروز فرآیندی انرژی‌زای دیگر در طول مسیر باشد.
منطقه‌ی میانی؛ کلید رمزگشایی
یکی از کلیدهای درک رفتار جت‌ها در «منطقه‌ی میانی» قرار دارد – ناحیه‌ای بین چیزی که EHT می‌بیند و آنچه آرایه‌های قدیمی‌تر نشان می‌دهند.
ادواردو رُس، مسئول اروپایی برنامه GMVA گفت:
«آرایه جهانی VLBI با طول موج ۳.۵ میلی‌متر، اطلاعات حیاتی بین دقت بالای EHT و نمای کلی جت‌ها در VLBA را فراهم می‌کند. این در مورد M87 نیز کاملاً مشهود بود.»
پیگیری تحول جت‌ها در طول زمان
این مشاهدات همپوشان به دانشمندان کمک می‌کند تا نحوه‌ی تغییر جت‌های سیاه‌چاله در فضا و زمان را ردیابی کنند. آن‌ها همچنین نشان می‌دهند که مدل‌های کنونی در کجا ناکارآمد هستند – به‌ویژه در مورد چگونگی شتاب گرفتن جت‌ها یا تعامل آن‌ها با محیط اطراف.
هنوز رازهایی باقی‌ست
با وجود این داده‌های جدید، برخی اسرار همچنان پابرجا هستند. اینکه روشنایی با فاصله افزایش یابد، با نظریه‌های قدیمی تناقض دارد و درهای جدیدی را به روی فرضیه‌های نو باز می‌کند.
رِدِر می‌گوید:
«مطالعات بیشتری لازم است تا مکانیزم شتاب، جریان انرژی، نقش میدان‌های مغناطیسی در جت‌های هسته‌های فعال کهکشانی، و هندسه‌ی آن‌ها به‌طور کامل درک شود.»
آینده‌ای روشن با همکاری جهانی
او خاطرنشان کرد که گسترش شبکه EHT نقش مهمی در اکتشافات آینده خواهد داشت و همکاری جهانی نیز همچنان حیاتی باقی می‌ماند.
یوزف آنتون زنسوس، مدیر MPIfR و رئیس بنیان‌گذار همکاری EHT افزود:
«این نتایج حاصل کار مداوم تیم EHT و تأیید شده توسط مطالعات GMVA هستند. آن‌ها اهمیت همکاری‌های جهانی، فناوری‌های پیشرفته و پژوهش مداوم را برای پیشرفت علمی نشان می‌دهند.»
او در پایان گفت:
«با تلسکوپ‌های جدید و نسل بعدی شبکه‌ها، درک ما از این پدیده‌های شگفت‌انگیز کیهانی همچنان عمیق‌تر خواهد شد.»
📘 منبع: منتشر شده در مجله Astronomy & Astrophysics
📸 اعتبار تصویر: NASA/JPL-Caltech
