الكشف عن حلقة فوتون لثقب أسود لأول مرة

كتب وجدي نعمان

في عام 2019، أعطانا تلسكوب Event Horizon أول صورة مباشرة لثقب أسود. وكانت صورة قوية، لكنها لم تكن ذات تفاصيل كثيرة.

ولكي نكون منصفين، فإن العنصر الحقيقي للاكتشاف كان في البيانات وليس الصورة. وكما أظهرت دراسة حديثة، هناك قدر كبير في البيانات أكثر مما رأيناه.

ومن الأشياء المهمة التي يجب فهمها حول صورة EHT أنها لا تُظهر توهج الثقب الأسود نفسه. ولا تصدر الثقوب السوداء الضوء مباشرة.

وعلى عكس الصور الأقل تفصيلا للثقوب السوداء الهائلة التي لدينا، فإن التوهج لا يرجع إلى نفثات من البلازما أو إشعاع من الغاز شديد السخونة حول الثقب الأسود.

وبدلا من ذلك، تُظهر الصورة ضوء الراديو الذي كان مركزا بواسطة الثقب الأسود.

ويأتي الثقب الأسود في M87 مغموار بضوء الغاز القريب، بما في ذلك ضوء الراديو. وعندما يمر شعاع معين من الضوء بالقرب من الثقب الأسود، فإن الالتواء في الزمكان يؤدي إلى تغيير اتجاهه قليلا.

ولاحظنا الانحراف الطفيف للضوء من أشياء مثل النجوم والمجرات عدة مرات، ولكن بالقرب من الثقب الأسود يمكن للضوء أن يغير اتجاهه بشكل كبير.

ويمكن أن تدور حولها بزاوية قائمة، أو حتى ينتهي بها الأمر بالعودة من الاتجاه الذي أتت فيه. وكلما اقترب المسار من الثقب الأسود، زاد التغيير في الاتجاه جذريا.

ويمر الضوء بالقرب من الثقب الأسود في جميع أنواع الاتجاهات، ولكن من منظورنا، يمكننا فقط رؤية الضوء الموجه نحونا. 

واتضح أن الثقب الأسود يمكن أن يكون بمثابة عدسة قوية حقا. ويمكن للضوء أن يمر قريبا جدا من الثقب الأسود، ويتركز مباشرة نحونا. إذن ما يجب أن نراه هو دائرة رقيقة من الضوء تعرف بحلقة الفوتون.

وسيكون جزء من الضوء أكثر سطوعا لأن دوران الثقب الأسود يمنح الضوء أيضا دفعة من الطاقة. ويعتمد حجم الحلقة على كتلة الثقب الأسود، ويعتمد سطوع المنطقة الأكثر إشراقا على دوران الثقب الأسود.

فلماذا لا تُظهر صورة EHT حلقة الفوتون؟. لسوء الحظ، فإن المسافة بيننا وبين الثقب الأسود ليست فارغة تماما.

ولا تزال هناك منطقة محيطة بالغاز البارد، والتي يجب أن يمر الضوء من خلالها للوصول إلينا. ويتشتت بعض الضوء على طول الطريق، ما يجعل الصورة ضبابية أكثر مما نرغب. وهذا هو المكان الذي تأتي فيه الدراسة الجديدة.

ويخبرنا التوهج المنتشر لصورة EHT ليس فقط عن الثقب الأسود ولكن أيضا عن الغاز المنتشر المحيط بالثقب الأسود. ولاحظ الفريق أن هناك صورتين أساسيتين في بيانات EHT. وأحدهما هو حلقة الفوتون نفسها، والآخر، التوهج الضبابي للمنطقة المحيطة. وباستخدام خوارزميات تصوير جديدة، تمكن الفريق من فصل الاثنين، وكشف عن حلقة الفوتون للثقب الأسود.

وهذا مثال رائع على قوة تحليل البيانات بطرق جديدة. وتجمع الملاحظات الفلكية الحديثة الكثير من البيانات بحيث غالبا ما يكون هناك معلومات أكثر بكثير مما قد نشك فيه. وعندما نتعلم كيفية معالجة البيانات بشكل أكثر فعالية، يمكننا الكشف عن طبقات مخفية تحت السطح.