کشف جدید ستاره شناسان و تایید فرضیات انیشتین! - زنگ قلاب بافی

سیاه چاله *Sagittarius A یا به طور مختصر *Sgr A، که در مرکز کهکشان راه شیری نهاده شده است، به لطف کشش گرانشی خود، با ستاره هایی احاطه شده است که به گرد مدار آن در حال چرخش هستند. پس از سه دهه رصد ستاره S2 که در مدار *Sgr A نهاده شده است، اخیراً یک همکاری بین المللی محققان در رصدخانه جنوبی اروپا (ESO) به این نتیجه رسید که فرضیات انیشتین در این زمینه درست بوده است.

این مطالعه که روز پنجشنبه هفته جاری (16 آپریل) در مجله Astronomy & Astrophysics منتشر شد، به قلب کهکشان راه شیری، یعنی جایی که سیاره زمین در آن نهاده شده است پرداخت. در این مطالعه حرکات ستاره S2، برای بیش از 27 سال و با استفاده از تلسکوپ بسیار بزرگ ESO که یک چشم کیهانی بزرگ واقع در صحرای آتاکامای شیلی است، مورد رصد دقیق نهاده شد. مدار ستار S2، آن را به سیاهچاله فوق العاده بزرگ کهکشان راه شیری نزدیک می نماید و این مدار یک محیط طبیعی و آزمایشی را برای اخترشناسان فراهم می آورد تا تئوری عمومی نسبیت انیشتین را آزمایش نمایند. این تئوری چگونگی تعامل فضا، زمان و گرانش را اثبات می نماید و می گوید اشیاء بزرگ و متراکم مانند سیاه چاله ها می توانند فضای اطراف خود را بپیچند.

نظریه اینشتین نتایج اخترفیزیکی مهمی به دنبال داشت؛ برای مثال، وجود سیاه چاله ها را نشان می دهد (مکان هایی در فضا که در آن فضا و زمان طوری ناهموار شده اند که هیچ چیز، حتی نور نمی تواند از آن فرار کند)، حالتی که در انتها عمر برای ستاره های پرجرم ایجاد می گردد. شواهد فراوانی وجود دارد که نشان می دهد تابش های شدید گسیل شده از بعضی اجسام نجومی، مربوط به سیاه چاله ها است. برای مثال، ریزاختروش ها یا هسته کهکشانی فعال نتیجه حضور سیاه چاله های ستاره وار و سیاه چاله هایی با جرم های بسیار بسیار زیاد هستند. خم شدن نور توسط گرانش می تواند منجر به پدیده ای موسوم به همگرایی گرانشی گردد که موجب دیده شدن چند تصویر از یک شئ نجومیِ دور در آسمان می گردد. هنگامی که دانشمندان در سال 2019 تصویری از یک سیاهچاله را شکار کردند، پیش بینی های انیشتین درباره آنچه ممکن است واقعیت داشته باشد، درست به نظر می رسید.

ستاره S2 تقریباً هر 16 سال یک بار به دور *Sgr A می چرخد و به سیاه چاله (به اصطلاح نجومی) کاملاً نزدیک می گردد. این نزدیکی در واقع در حدود 12.5 میلیارد مایل (20 میلیارد کیلومتر) یا تقریباً چهار برابر پلوتون از خورشید است. حتی در این فاصله زیاد، گرانش بزرگ سیاه چاله باعث می گردد که S2 مرتب به حالت چرخش درآید که ستاره شناسان ESO برای 27 سال نظاره گر آن بودند. در کل این تیم تحقیقاتی پیروز شد تا 330 اندازه گیری از موقعیت و سرعت ستاره S2 را به دست آورده و ثبت کند.

استفان ژیلسن، اخترشناس موسسه مطالعات فیزیک های خارج از زمین ماکس پلانک و از همکاران این پژوهش، در یک کنفرانس مطبوعاتی گفت: بعد از دنبال کردن این ستاره در مدار خود برای بیش از دو دهه و نیم، اندازه گیری های ارزشمند ما به طرز محکمی انحراف شعاع شوارتزشیلد ستاره S2 در راستا اطراف *Sagittarius A را تشخیص می دهد. در واقع این یافته تیم ستاره شناسان ESO برای اولین بار است انحراف یک ستاره در مدار سیاهچاله کهکشان راه شیری را کشف می نماید که در آن نظریه نسبیت عام انیشتین به خوبی آشکار است.

شعاع شوارتزشیلد مداری است که بر طبق معادلات متریک برای سیاهچاله ها معین می گردد. در سال 1916 (میلادی)، ستاره شناس آلمانی کارل شوارتزشیلد پاسخی برای نظریه نسبیت عام انیشتین یافت که نشانگر یک سیاهچاله کروی بود. او نشان داد که اگر جرم یک ستاره در ناحیه به اندازه کافی کوچک متمرکز گردد، میدان گرانشی در سطح ستاره چنان قوی می گردد که حتی نور توان گریز از آن را ندارد و این همان چیزی است که هم اکنون سیاهچاله می نامیم. بر طبق متریک شوارتزشیلد هرگاه یک جسم شعاعش از شعاع شوارتزشیلد خودش کمتر گردد به یک سیاهچاله تبدیل شده است.

رصد ستاره شناسان ESO در واقع یک تصویر کیهانی را به نمایش می گذارد که به دلیل گرانش شدید و خم شدن فضا-زمان، ستاره S2 را در حال چرخش در مداری شبیه به یک گل سرخ نشان می دهد. یک ساعت بزرک را تصور کنید، مرکز ساعت سیاهچاله بزرگ است و در لبه ساعت، مثلاً عدد 1، ستاره ای همچون S2 نهاده شده است.

از آنجایی که S2 به سمت مرکز ساعت می چرخد و از سیاهچاله عبور می نماید، گرانش شدید و انحنای زمان- فضا، مدار آن را کمی منحرف می نماید و می چرخاند. با این انحراف اندک، وقتی S2 به سمت لبه ساعت باز می گردد، دوباره به عدد 1 باز نمی گردد و این انحراف کوچک آن را به عدد 2 در صفحه ساعت جابجا می نماید و به همین شکل این انحراف دنبال می گردد تا خط سیری همچون گلبرگ های گل رز با مرکزیت سیاهچاله ایجاد کند.

ما می توانیم چنین انحرافی را در منظومه شمسی خود نیز مشاهده کنیم. راستای که مدار عطارد به دور خورشید نشان می دهد، شاهد چنین انحرافی است و به نظر می رسد که این سیاره، هرساله در مدار خود به گرد خورشید کمی می چرخد. اما تأثیر این انحراف بیشتر بر بروی سیارات دیگری است که در اطراف عطارد قرار دارند. تحقیقات ستاره شناسان ESO بر روی ستاره S2 نشان می دهد که چگونه نور این ستاره هنگام رسیدن به سیاه چاله تغییر می نماید که این تغییر نیز توسط انیشتین پیش بینی شده بود.

این تلسکوپ فوق العاده بزرگ برای پنج سال آینده و تا پیش از بازنشستگی، به کار خود ادامه خواهد داد تا اینکه با تلسکوپ بسیار بزرگتری که برای کشف سیاهچاله ها طراحی می گردد، جایگزین گردد. این گروه امیدوار است که بتواند ستاره های بیشتر و حتی بسیار نزدیک تری به سیاهچاله ها بیابد و رصد کند. آندریاس اکارت، اخترفیزیکدان دانشگاه کلن و همکار در این پژوهش می گوید: اگر خوش شانس باشیم، ممکن است به اندازه کافی ستاره هایی را رصد کنیم که آن ها واقعاً تحت تأثیر چرخش سیاهچاله باشند. در این صورت می توان یک سطح کاملاً متفاوتی از قانون نسبیت را مجدداً آزمایش کرد.