دانشمند ایرانی می‌خواهد با تلسکوپ فضایی جیمز وب سیاه‌چاله مرکز راه شیری را مطالعه کند

تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) که دی‌ماه سال گذشته پرتاب شد، اکنون در حال تکمیل آماده‌سازی‌ها برای آغاز رصد کیهان است. ازجمله وظایف برنامه‌ریزی‌شده برای نخستین سال فعالیت این تلسکوپ جدید، همکاری با تلسکوپ ایونت هورایزن (EHT)، مجموعه‌ی جهانی رصدخانه‌ها است که نخستین تصویر از سیاه‌چاله را فروردین ۱۳۹۸ منتشر کرد.

تلسکوپ ایونت هورایزن در ماه اردیبهشت دست به تکرار دستاورد خود زد؛ وقتی با نشان‌دادن حلقه‌ای ناصاف، تار و طلایی در پس‌زمینه‌‌ای سیاه، نخستین تصویر از کمان ای*، سیاه‌چاله‌ی کلان‌جرم واقع در مرکز کهکشان راه شیری را رونمایی کرد.

یکی از بی‌شمار دانشمندانی که انتظار دیدن آن تصویر را می‌کشید، فرهاد یوسف‌زاده، اخترشناس دانشگاه نورث‌وسترن در ایالت ایلینوی آمریکا بود. او به‌ویژه روی تلاش تلسکوپ ایونت هورایزن برای رصد کمان ای* حساب کرده بود؛ زیرا اوایل سال جاری زمان گران‌بهای کار با تلسکوپ فضایی جیمز وب برای رصد این سیاه‌چاله‌ی غول‌پیکر به یوسف‌زاده اعطا شد. او در گفت‌وگو با وب‌سایت اسپیس‌دات‌کام گفت:

تصویر [کمان ای*] من را ناامید نکرد و شگفتی خوبی بود. فکر می‌کردم به‌دلیل ماهیت تغییرپذیر کمان ای*، تصویر آن کمی آشفته‌تر خواهد بود. [اما] به‌عنوان نخستین تصویر بسیار خوب به‌نظر می‌رسید.

کمان ای* جرمی پیچیده برای مطالعه محسوب می‌شود؛ زیرا علاوه‌بر تمام محدودیت‌های معمول یک سیاه‌چاله، لکه‌های واقع در امتداد افق رویداد آن به‌طور ناگهانی ذرات را در سرعت‌های نزدیک به نور پرتاب می‌کنند. افق رویداد، ناحیه‌ای از سیاه‌چاله است که هیچ‌چیز حتی نور نمی‌تواند از آن خارج شود. این شراره‌ها می‌توانند روزانه چهار یا پنج مرتبه رخ دهند و کمان ای* را به هیولایی تغییرپذیر تبدیل کنند.

یوسف‌زاده می‌گوید:

این نواحی ناآرام اساساً به‌طور ناگهانی روشن و شعله‌ور می‌شوند. این اتفاق دراصل مانند آتش‌بازی است و تقریباً نیم‌ساعت یا بیشتر طول می‌کشد. گاهی اوقات آن‌ها باهم جمع می‌شوند و به‌طور هم‌زمان یا پشت‌سرهم چند آتش‌بازی دارید.

تصویر سیاه‌چاله کلان‌جرم واقع در مرکز راه شیری که تلسکوپ ایونت هورایزن ۲۲ اردیبهشت امسال منتشر کرد.

یوسف‌زاده می‌افزاید:

ما هنوز نمی‌دانیم این شراره‌ها چگونه تولید می‌شوند. شراره‌ها ذراتی مانند پرتوهای کیهانی هستند که نزدیک به سرعت نور حرکت می‌کنند. چیزی باید واقعاً آن‌ها را شتاب داده باشد تا به سرعت نور نزدیک شوند و ما هنوز نمی‌دانیم چیست.

هر شراره ابتدا در نور فروسرخ مشاهده‌پذیر است؛ اما با گذشت زمان به آنچه اخترشناسان تابش زیرمیلی‌متری می‌نامند، کشیده می‌شود و تصادفاً تلسکوپ ایونت هورایزن برای ساخت تصاویر سیاه‌چاله همین تابش را جمع‌آوری می‌کند. این یعنی دانشمندان EHT سیگنال سیاه‌چاله‌ی نهفته را تشخیص می‌دهند که همان شراره است.

یوسف‌زاده می‌گوید: «این بدترین اتفاقی است که می‌تواند برای تصویربرداری از سیاه‌چاله رخ دهد؛ زیرا شما نمی‌خواهید منبع متغیر را مشاهده کنید. باید این جزء متغیر را حذف کنید تا واقعاً تصویری مناسب از خود منبع بسازید» و این همان جایی است که تلسکوپ فضایی جیمز وارد می‌شود.

جیمز وب چندین ویژگی مهم برای همکاری ارائه می‌دهد. با چرخیدن به دور نقطه‌ای تقریباً ۱٫۵ میلیون کیلومتری از زمین، هوای ابری وجود ندارد که مانع مشاهدات شود. همچنین، تلسکوپ با قرارگیری در منظر دوردست و داشتن سپر خورشیدی بزرگ، ابزارهایش را به‌اندازه‌ی کافی سرد نگاه می‌دارد تا بتواند نور فروسرخ را مطالعه کند. علاوه‌براین، جیمز وب دو ابزار دارد که می‌توانند داده‌ها را هم‌زمان در دو نوع مختلف نور فروسرخ جمع‌آوری کنند.

یوسف‌زاده می‌گوید:

تا آنجا که می‌دانم، رویدادهای شراره در فروسرخ نزدیک و فروسرخ میانی پیش‌تر هرگز هم‌زمان رصد نشده‌اند. مشاهدات مداوم در هر دو طول موج به دانشمندان امکان می‌دهد تا بین کمان ای* و شراره‌هایش تمایز قائل شوند... اساساً مانند این است که دو تلسکوپ به‌طور هم‌زمان رصد کنند.

تلسکوپ فضایی هابل با مطالعه‌ی ناحیه‌ی اطراف کمای ای* در نور فروسرخ این تصویر را ثبت کرده است.

تلسکوپ فضایی هابل کمان ای* را در فروسرخ مطالعه کرده است؛ اما هابل در یک زمان تنها می‌تواند یک طول موج را رصد کند و ازآن‌‌جاکه بین روز و شب در مدار زمین در گردش است، بخش‌های کوچکی از آن را فقط به‌مدت ۴۵ دقیقه مشاهده می‌کند.

تیم یوسف‌زاده به‌دلیل مشارکت با تلسکوپ ایونت هورایزن که برای هدف قراردادن مطمئن‌ترین وضعیت آب‌وهوا، معمولاً مشاهدات خود را در طول تقریباً یک هفته در مارس یا آوریل انجام می‌دهد، درمعرض محدودیت‌های زمان‌بندی برنامه است. به‌گفته‌ی یوسف‌زاده، کارزار رصد در بهار آینده به‌طور موقت برای آوریل ۲۰۲۳ (فروردین یا اردیبهشت ۱۴۰۲) برنامه‌ریزی شده است. در آن هنگام، جیمز وب ۲۵ ساعت زمان صرف مطالعه‌ی سیاه‌چاله‌ی کلان‌جرم مرکز راه شیری خواهد کرد.

مستقل از مشاهدات تلسکوپ ایونت هورایزن، یوسف‌زاده انتظار دارد که مشاهدات جیمز وب از شراره‌ها نحوه‌ی عملکرد آ‌ن‌ها را به دانشمندان بیاموزد؛ اما آیا کمان ای* درحالی‌که جیمز وب مشغول رصد آن است، شعله‌ور خواهد شد؟ یوسف‌زاده فکر می‌کند شانس با تیم او یار خواهد بود. او می‌گوید:

احساس می‌کنم داشتن دو روز مناسب است و اگر به نتیجه نرسیم، سال بعد بازخواهیم گشت. قرار نیست فقط یک فرصت داشته باشیم و دوباره تلاش خواهیم کرد.

یوسف‌زاده تأکید می‌کند که حتی اگر جیمز وب نتواند شراره‌ای را رصد کند، با‌‌توجه‌‌به مشارکت با تلسکوپ ایونت هورایزن، مشاهدات همچنان ارزشمند خواهد بود. درنهایت مشاهدات هرچه باشند، او آن‌ها را به‌دست خواهد آورد. «این یک سیاه‌چاله است و می‌تواند هرآنچه می‌خواهد انجام دهد.»