سرچشمه‌ی جتِ (پلاسمای) کهکشانی برای نخستین‌بار دیده شد!

[∆ MeRzaD ∆]

ستاره‌شناسان برای نخستین‌بار اساسِ جتِ (پلاسمای) گسیل‌شده از کهکشانِ M87 را رصد کردند. نتایجِ به‌دست‌آمده وجودِ یک سیاه‌چاله‌ی چرخان را در مرکزِ کهکشان نشان می‌دهد و بهینه‌سازیِ روش‌ها در آینده، زمینه را برای انجامِ سخت‌گیرانه‌ترین آزمون برای نظریه‌ی نسبیتِ عامِ انیشتین فراهم می‌کند.

چنین به نظر می‌رسد که بیش‌ترِ کهکشان‌ها، از جمله کهکشانِ راهِ شیریِ خودمان، سیاه‌چاله‌ی بسیار پرجرمی را در دلِ خود پناه داده‌اند. در برخی کهکشان‌ها، موادی که درونِ سیاه‌چاله فرومی‌افتند یک قرصِ برافزایشی (accretion disc) تشکیل می‌دهند که این قرص تابشِ بسیار زیادی را در سرتاسرِ گستره‌ی بینابِ الکترومغناطیسی، از خود گسیل می‌کند. چنین کهکشان‌هایی «کهکشان‌های پویا» نامیده می‌شوند. 10 درصد از این کهکشان‌های پویا از این هم دیدنی‌تر هستند چون جتی از ماده با سرعت‌های نسبیتی از مرکزِ این کهشان‌ها به بیرون فوران می‌کند.

جتِ (پلاسما) سرانجام مکان‌یابی شد

یک نمونه‌ی ممتاز از این کهکشان‌ها M87 است، کهکشانِ بیضویِ بسیار بزرگی که به فاصله‌ی کمی بیش از 50 میلیون سالِ نوری از زمین قرار دارد. این کهکشان جتی باریک و طولانی از پلاسما را تا فاصله‌ی 5000 سالِ نوری به درونِ فضا می‌فرستد. شدتِ تابشِ پلاسما در مرکزِ این جت چنان زیاد است که فوتون‌ها (با یکدیگر برخورد کرده و) از هم پراکنده می‌شوند و دیدِ ستاره‌شناسان را برای مشاهده‌ی سرچشمه‌ی این جتِ پلاسما، سَد می‌کند. علی‌رغم این‌که جتِ پلاسمای این کهکشان بیش از هر جتِ نسبیتی دیگر موردِ مطالعه و بررسی قرار گرفته است، سازوکارِ دقیقِ تشکیلِ این جت هم‌چنان پرسشی بی‌پاسخ است.

یک پرتقالِ توسرخ رویِ ماه

هم‌اینک ستاره‌شناسان به رهبریِ Sheperd Doeleman از رصدخانه‌ی Haystack دانش‌گاهِ MIT در ماساچوست، آمریکا ترتیبی داده‌اند تا برای نخستین‌بار و به کمکِ تلسکوپِ افقِ روی‌داد (Event Horizon Telescope یا به اختصار EHT) نگاهی کوتاه به سرچشمه‌ی این جتِ پلاسمایی بیاندازند. Doeleman به physicsworld.com می‌گوید: «ما با مرتبط‌کردنِ بشقابک‌ها (دیش‌ها‌) ی رادیویی در کالیفرنیا، آریزونا و هاوایی، تلسکوپی مجازی در ابعادِ زمین طراحی و ابداع کردیم». ترکیبِ تلسکوپ‌های پراکنده به این روش را تداخل‌سنجی با خطِ مبداء بسیار طولانی (very long baseline interferometry یا به اختصار VLBI) می‌گویند. خط مَبدَیی چنین طولانی به این معناست که Doeleman و هم‌کارانش به قدرتِ تفکیکِ بی‌سابقه‌ای دست یافته‌اند. Doeleman چنین توضیح می‌دهد: «تقریباً مانندِ این است که یک پرتقالِ توسرخ را روی سطحِ ماه واکاوی کنیم».

چنین مشخص شد که گستردگیِ سرچشمه‌ی این جتِ پلاسمایی تنها در حدودِ 5.5 برابرِ شعاعِ شوارتزشیلد است که به میزانِ چشم‌گیری کوچک‌تر از اندازه‌ی قرصِ برافزایشی‌ست. شعاعِ شوارتزشیلد به صورتِ فاصله‌ای از مرکزِ یک سیاه‌چاله تعریف می‌شود که در آن‌جا، سرعتِ فرار از کششِ گرانشیِ سیاه‌چاله، از سرعتِ نور بیش‌تر می‌شود. اندازه‌ی بسیار کوچک سرچشمه‌ی این جت، فرصتی را فراهم کرد که اعضای این گروه به برخی ویژگی‌های سیاه‌چاله‌ی تولیدکننده‌ی آن پی ببرند. Doeleman می‌گوید: «مدل‌ها چنین پیش‌بینی می‌کنند که در موردِ یک سیاه‌چاله‌ی ناچرخان، پهنای جتِ تولید‌شده 7.4 برابرِ شعاعِ شوارتزشیلدِ آن سیاه‌چاله است». وی اضافه می‌کند: «برای یک سیاه‌چاله‌ی چرخان که قرصِ برافزایشیِ آن در خلافِ جهتِ چرخشِ سیاه‌چاله می‌چرخد، انتظار داریم که پهنای جت بیش از 9 برابرِ شعاعِ شوارتزشیلد باشد». این حقیقت که جتِ تولیدشده توسطِ سیاه‌چاله‌ی موجود در قلبِ کهکشانِ M87، پهنایی به اندازه‌ی 5.5 برابرِ شعاعِ شوارتزشیلد دارد به این معنی‌ست که این سیاه‌چاله می‌چرخد اما پیداست که قرصِ برافزایشی هم در همان راستای چرخشِ سیاه‌چاله می‌چرخد و نه خلافِ آن.

این پندار دیرزمانی‌ست وجود دارد که سیاه‌چاله‌های چرخانِ موجود در کهکشان‌های پویا، جت‌هایی با سرعت‌های نسبیتی تولید می‌کنند، اما برهانی برای این ادعا یافت نمی‌شد. Doeleman می‌گوید: «تابه‌امروز مردم این‌چنین فرض می‌کردند، ولی اکنون ما گواهی بر این فرضیه یافته و ترفندی پیدا کرده‌ایم که از درستیِ آن پشتیبانی می‌کند. چنین به نظر می‌رسد که ما مناطقی با ابعادِ بسیار کوچک را به ساختارِ بزرگ‌مقیاسِ جت که نسبیتِ عام در آن‌ها مهم است، پیوند داده‌ایم». با توجه به این‌که در سال‌های پیشِ ‌رو تلسکوپ‌های در حالِ رشد، پیش‌رفت‌های بسیاری خواهند کرد، نظریه‌ی انیشتین نیز با اطمینانِ خاطرِ بیش‌تری آزموده خواهد شد. امید است که آرایه‌ی Atacama Large Millimetre  (به اختصار ALMA) که در بیابانِ شیلی در حالِ ساخت است تا سالِ 2015 به دیگر تلسکوپ‌های EHT بپیوندد. Doeleman می‌گوید: «با پیوستنِ ALMA  قدرتِ تفکیکِ ما یک‌شبه دوبرابر خواهد شد».

سایه‌افکندن بر نسبیتِ عام

این روندِ رو به بهبود این امکان را برای ستاره‌شناسان فراهم می‌آورد که «سایه‌ی» سیاه‌چاله را رصد کنند. به دلیلِ خمیدگیِ بسیار زیادِ فضا در اثرِ گرانشِ بسیار شدیدِ سیاه‌چاله، پرتوی نوری که از زمین فرستاده می‌شود به شکلِ دایروی خمیده شده و حلقه‌ای تشکیل می‌دهد که بخشی از مرکزِ آن تاریک است چنان‌که به شکلِ سایه به نظر می‌رسد. شکل و اندازه‌ی دقیقِ این سایه توسطِ معادلاتِ انیشتین در نسبیتِ عام تعیین می‌شود. تحت این شرایطِ سخت‌گیرانه، مقایسه‌ی اندازه‌گیری‌ها با پیش‌بینی‌های این معادلات می‌تواند واپسین آزمون برای این نظریه باشد. Doeleman پیشنهاد می‌کند: «به زودی ابزارهایی در دست خواهیم داشت که انیشتین را به چالش خواهد کشید. اگر قرار باشد نظریه‌های او در جایی شکست بخورد، این پژوهش‌ها همان نقطه است».

 Rob Fender  از دانش‌گاهِ ساوت‌همپتون، انگلستان از این یافته‌ها هیجان‌زده شده است. وی می‌گوید: «این کارِ (پژوهشی) یقیناً بسیار جالب است. این‌که آنان ترتیبی داده‌اند که سرچشمه‌ی جتِ (پلاسما) را مشاهده کنند، باورکردنی نیست». وی گرچه نتیجه‌گیری‌های اعضای این گروه در موردِ چرخشِ سیاه‌چاله‌ی موردِ نظر را کاملاً نپذیرفته اما این کارِ پژوهشی را به عنوانِ یک پیش‌رفتِ بسیار مهم می‌بیند که در زمینه‌ی رصدکردنِ مستقیم و بی‌درنگِ محیطِ سایه‌وارِ پیرامونِ سیاه‌چاله‌ها، کاربردهای بالقوه‌ای دارد. وی چنین می‌افزاید: «ما هم‌اینک در چندگامیِ آن هستیم که بتوانیم اثراتِ وجودِ سیاه‌چاله در مرکزِ (کهکشانِ) راهِ شیریِ خودمان را به تصویر بکشیم». او در پایان چنین نتیجه‌گیری می‌کند: «بسیاری از دانش‌مندان هنوز هم در موردِ وجودِ سیاه‌چاله‌ها تردید دارند. تصویری مستقیم و بی‌واسطه از ناحیه‌ای که درست نزدیکِ یکی از این موجودات (سیاه‌چاله‌ها) است، برهانِ وزین و ماهرانه‌ای را بر اثباتِ وجودِ آن‌ها فراهم می‌آورد».

این پژوهش در Science توضیح داده شده است.