مشاهده‌ی میدان مغناطیسی در سیاه‌چاله‌ی میانی کهکشان راه شیری

در تصویر ترسیمی که به تازگی منتشر شده است سیاه‌چاله‌ی میانی کهکشان راه شیری را می‌بینیم که با دایره‌ای از مواد به هم پیوسطه در بر گرفته شده است. خط‌های آبی نشان‌دهنده‌ی میدان مغناطیسی هستند. تلسکوپ افق رویداد (The Event Horizon Telescope) این میدان‌های مغناطیسی را برای نخستین بار با رزولوشنی به اندازه‌ی ۶ واحد افق رویداد (به اندازه‌ی ۶ شعاع شواردزشیلد) دریافت کرده است. مشاهده می‌شود که میدان‌ها به شکل دایره‌های نامرتب با حلقه‌های درهم آمیخته شده و پیچیدگی‌هایی همانند رشته‌های ماکارونی درهم پیچیده‌ هستند. در برابر این پدیده، قسمت‌های دیگر تصویر، الگوهای بسیار سازمان‌یافته‌تری داشتند که گفته می‌شود باریکه‌های جریان به زنگ زرد در این نواحی درست شده‌اند.

بسیاری از مردم سیاه‌چاله‌ها را به شکل جاروبرقی‌های بسیار بزرگی می‌دانند که هر چیزی در نزدیکی‌اش باشد را به سمت خود می‌کشد. اما سیاه‌چاله‌های بسیار پرجرمی که در میانه‌ی کهکشان‌ها هستند بیشتر از این که مانند جاروبرقی باشند همانند موتورهای کیهانی به نظر می‌رسند. این موتورها انرژی موجود در مواد و اجرام گیر افتاده درون سیاه‌چاله را به تابش‌های بسیار درخشانی از نور تبدیل می‌کنند که همه‌ی تابش‌های گسیل شده از دیگر ستاره‌های اطراف را کم‌رنگ‌تر جلوه خواهد داد.

گفته‌ می‌شود که این موتورهای سیاه‌چاله‌ای با میدان‌های مغناطیسی کار می‌کنند. ستاره‌شناسان برای نخستین بار میدان‌های مغناطیسی را شناسایی کرده‌اند که در افق رویداد سیاه‌چاله‌ی میانی کهکشان راه‌شیری قرار دارند. مایکل جانسون (Michael Johnson) از مرکز فیزیک نجومی اسمیسونیان (Smithsonian) موسوم به CfA که به زودی مقاله‌ای درباره‌ی این موضوع منتشر کرده در این رابطه می‌گوید:

پی بردن به سازوکار این میدان‌های مغناطیسی بسیار مهم است. تا به امروز هیچ کس نتوانسته برای پرسش‌هایمان درباره‌ی این میدان مغناطیسی نزدیک افق رویداد پاسخی پیدا کند.

شپ دوئلمن (Shep Doelman) سرپرست سرمایه‌گذاران این پروژه که در MIT هم دستیار سرپرست رصدخانه‌ی هی‌استک است در باره‌ی این موضوع می‌گوید:

پیش از این هم پیش‌بینی می‌شد که این میدان‌های مغناطیسی وجود داشته باشند؛ اما هیچ‌کس نتواسته بود آنها را ببیند. داده‌های ما دستاوردهای ده‌ها سال کار تئوری را با کارهای شهودی ترکیب می‌کند.

این کار توسط تلسکوپ رویداد افق که یک شبکه‌ی جهانی از رادیو تلسکوپ‌ها را در بر دارد و برای ساختن یک تلسکوپ بسیار بزرگ به اندازه‌ی کل کره‌ی زمین سازمان یافته‌اند، انجام شده است. چون تلسکوپ‌های بزرگ‌تر می‌توانند جزییات بیشتری به دست ما برسانند بنابراین تلسکوپ افق رویداد پدیده‌ها را با مقیاس‌های خیلی کوچک تا مرز ۱۵ میکروثانیه قوسی (یک ثانیه‌ی قوسی برابر ۳۶۰۰/۱ درجه بوده و ۱۵ میکرو آرک‌ثانیه برابر زاویه‌ی میدان دیدی است که هنگام دیدن یک توپ گولف روی کره‌ی ماه خواهیم داشت) واشکافی خواهد کرد.

چنین رزولوشنی برای این کار لازم است چون سیاه‌چاله‌ها فشرده‌ترین اجسام موجود در جهان هستی هستند. سیاه‌چاله‌ی میانی کهکشان راه شیری با نام *Sgr A یا (Sagittarius A-star) چیزی در حدود ۴ میلیون برابر از خورشید سنگین‌تر است و این در حالی است که افق رویداد آن تنها ۸ میلیون مایل است که این اندازه از مدار طول مدار سیاره‌ی عطارد کمتر است. چون این سیاه‌چاله ۲۵۰۰۰ هزار سال نوری دورتر از ما واقع شده است؛ بنابراین اندازه‌ای که ما آن را خواهیم دید دارای زاویه‌ی دیدی در حدود ۱۰ میکرو ثانیه قوسی خواهد بود که عدد بسیار کوچکی است.

خوشبختانه، گرانش بسیار شدید سیاه‌چاله پرتوهای نوری را کج می‌کند و این رویداد باعث می‌شود که افق رویداد سیاه‌چاله در آسمان بزرگ‌تر دیده شود. زاویه‌ی دید دیده شده توسط تلسکوپ‌ها با در نظر گرفتن اثر کج شدگی نور حدود ۵۰ میکرو آرک‌ثانیه قوسی است و این اندازه برای تلسکوپ EHT به سادگی قابل کاوش و رویت است.

تلسکوپ رویداد افق مشاهدات خود را در طول موج ۱.۳ میلی‌متر به دست آورده است. گروه درباره‌ی چگونگی قطبی شدن نور در سیاه‌چاله پژوهش‌هایی انجام دادند. نور خورشید در روی زمین با بازتاب‌های خودش قطبی می‌شود و به همین دلیل است که عینک‌های آفتابی برای کاهش و مسدود کردن پرتوهای زیانبار خورشید پولاریزه می‌شوند. در سیاه‌چاله‌ی *Sgr A نور قطبی‌شده توسط الکترون‌هایی که دور خطوط میدان مغناطیسی در گردشند بیرون فرستاده می‌شود. در نتیجه نور به طور مستقیم از ساختار این میدان مغناطیسی تاثیر می‌پذیرد.

*Sgr A با مجموعه‌ای به هم پیوسته و دایره‌وار از موادی احاطه شده است که به دور آن در گردشند. گروه به این امر پی بردند که در برخی نواحی نزدیک سیاه‌چاله این میدان‌های مغناطیسی دچار آشفتگی هستند و با باریکه‌ها و حلقه‌های در هم پیچیده شده دیده می‌شوند. در برابر این نواحی، دیگر قسمت‌های تصویر دارای ساختار سازمان‌یافته‌تری بودند. آن‌ها همچنین دریافتند که این میدان مغناطیسی در مقیاس‌های زمانی کوتاه و تقریبا هر ۱۵ دقیقه یک بار نوسان می‌کند. جانسون می‌گوید:

یک بار دیگر پی بردیم که مرکز کهکشان از آنچه که پیش از این می‌پنداشتیم پویاتر و نیرومندتر است.

برای به دست آوردن این مشاهدات از امکانات سه مکان جغرافیایی استفاده شد: تلسکوپ جیمز کلارک ماکسول در مائوناکی هاوایی، تلسکوپ گراهام در آریزونا و مجموعه‌ای دگر در بیشاپ کالیفرنیا. دوئلمن در این مورد می‌گوید:

تنها راه برای ساخت تلسکوپی که دورتادور زمین را پوشش دهد، راه‌اندازی یک گروه جهانی از دانشمندان برای همکاری با یکدیگر است. گروه EHT یک گام به حل مسئله‌ی تناقض‌آمیز نقطه‌ی میانی کهکشان نزدیک‌تر شده است. پرسشی که همواره ذهن دانشمندان را درگیر کرده است، این است که چرا سیاه‌چاله‌ها تا به این اندازه درخشان می‌شوند؟