کشف جدید ستاره شناسان و تایید فرضیات انیشتین

ستاره شناسان رصدخانه جنوبی اروپا (ESO) پس از حدود سه دهه رصد یک ستاره در نزدیکی سیاهچاله‌ای در مرکز کهکشان راه شیری، متوجه شدند که تئوری «نسبیت عام» آلبرت انیشتین و مشخصاً بحث سیاهچاله‌ها درست بوده است.

پارس لاین ستاره شناسان رصدخانه جنوبی اروپا (ESO) پس از حدود سه دهه رصد یک ستاره در نزدیکی سیاهچاله‌ای در مرکز کهکشان راه شیری، متوجه شدند که تئوری «نسبیت عام» آلبرت انیشتین و مشخصاً بحث سیاهچاله‌ها درست بوده است. وبسایت فناوری CNET طی گزارشی به این یافته جدید ستاره شناسان اروپایی پرداخته است.

سیاه چاله *Sagittarius A یا به طور مختصر *Sgr A، که در مرکز کهکشان راه شیری قرار دارد، به لطف کشش گرانشی خود، با ستاره‌هایی احاطه شده است که به گرد مدار آن در حال چرخش هستند. پس از سه دهه رصد ستاره S2 که در مدار *Sgr A قرار دارد، 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 (۱۶ آپریل) در مجله Astronomy & Astrophysics منتشر شد، به قلب کهکشان راه شیری، یعنی جایی که سیاره زمین در آن قرار دارد پرداخت. در این مطالعه حرکات ستاره S۲، برای بیش از ۲۷ سال و با استفاده از تلسکوپ بسیار بزرگ ESO که یک چشم کیهانی بزرگ واقع در صحرای «آتاکامای» شیلی است، مورد رصد دقیق قرار گرفت. مدار ستار S2، آن را به سیاهچاله فوق العاده بزرگ کهکشان راه شیری نزدیک می‌کند و این مدار یک محیط طبیعی و آزمایشی را برای اخترشناسان فراهم می‌آورد تا تئوری عمومی نسبیت انیشتین را آزمایش کنند. این تئوری چگونگی تعامل فضا، زمان و گرانش را اثبات می‌کند و می‌گوید اشیاء بزرگ و متراکم مانند سیاه چاله‌ها می‌توانند فضای اطراف خود را بپیچند.

نظریه اینشتین نتایج اخترفیزیکی مهمی به دنبال داشت؛ برای مثال، وجود سیاه‌چاله‌ها را نشان می‌دهد (مکان‌هایی در فضا که در آن فضا و زمان طوری ناهموار شده‌اند که هیچ چیز، حتی نور نمی‌تواند از آن فرار کند)، حالتی که در پایان عمر برای ستاره‌های پرجرم ایجاد می‌گردد. شواهد فراوانی وجود دارد که نشان می‌دهد تابش‌های شدید گسیل شده از برخی اجسام نجومی، مربوط به سیاه‌چاله‌ها است. برای مثال، ریزاختروش‌ها یا هسته کهکشانی فعال نتیجه حضور سیاه‌چاله‌های ستاره‌وار و سیاه‌چاله‌هایی با جرم‌های بسیار بسیار زیاد هستند. خم‌شدن نور توسط گرانش می‌تواند منجر به پدیده‌ای موسوم به «همگرایی گرانشی» گردد که موجب دیده شدن چند تصویر از یک شئ نجومیِ دور در آسمان می‌شود. هنگامی که دانشمندان در سال ۲۰۱۹ تصویری از یک سیاهچاله را شکار کردند، پیش بینی‌های انیشتین درباره آنچه ممکن است واقعیت داشته باشد، درست به نظر می‌رسید.

ستاره S2 تقریباً هر ۱۶ سال یک بار به دور *Sgr A می‌چرخد و به سیاه چاله (به اصطلاح نجومی) کاملاً نزدیک می‌شود. این نزدیکی در واقع در حدود ۱۲.۵ میلیارد مایل (۲۰ میلیارد کیلومتر) یا تقریباً چهار برابر پلوتون از خورشید است. حتی در این فاصله زیاد، گرانش عظیم سیاه چاله باعث می‌شود که S2 مرتب به حالت چرخش درآید که ستاره شناسان ESO برای ۲۷ سال نظاره گر آن بودند. در کل این تیم تحقیقاتی موفق شد تا ۳۳۰ اندازه گیری از موقعیت و سرعت ستاره S2 را به دست آورده و ثبت کند.

«استفان ژیلسن»، اخترشناس موسسه مطالعات فیزیک‌های 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 گیری‌های ارزشمند ما به طرز محکمی انحراف شعاع شوارتزشیلد ستاره S2 در مسیر اطراف *Sagittarius A را تشخیص می‌دهد». در واقع این یافته تیم ستاره شناسان ESO برای اولین بار است انحراف یک ستاره در مدار سیاهچاله کهکشان راه شیری را کشف می‌کند که در آن نظریه نسبیت عام انیشتین به خوبی آشکار است.

شعاع شوارتزشیلد مداری است که بر طبق معادلات متریک برای سیاهچاله‌ها تعیین می‌شود. در سال ۱۹۱۶ (میلادی)، ستاره‌شناس 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 شود، میدان گرانشی در سطح ستاره چنان قوی می‌شود که حتی نور توان گریز از آن را ندارد و این همان چیزی است که هم‌اکنون سیاهچاله می‌نامیم. بر طبق متریک شوارتزشیلد هرگاه یک جسم شعاعش از شعاع شوارتزشیلد خودش کمتر شود به یک سیاهچاله تبدیل شده‌است.

رصد ستاره شناسان ESO در واقع یک تصویر کیهانی را به نمایش می‌گذارد که به دلیل گرانش شدید و خم شدن فضا-زمان، ستاره S2 را در حال چرخش در مداری «شبیه به یک گل سرخ» نشان می‌دهد. یک ساعت بزرک را تصور کنید، مرکز ساعت سیاهچاله بزرگ است و در لبه ساعت، مثلاً عدد ۱، ستاره‌ای همچون S2 قرار دارد.

از آنجایی که S2 به سمت مرکز ساعت می‌چرخد و از سیاهچاله عبور می‌کند، گرانش شدید و انحنای زمان- فضا، مدار آن را کمی منحرف می‌کند و می‌چرخاند. با این انحراف اندک، وقتی S2 به سمت لبه ساعت باز می‌گردد، دوباره به عدد ۱ باز نمی‌گردد و این انحراف کوچک آن را به عدد ۲ در صفحه ساعت جابجا می‌کند و به همین شکل این انحراف دنبال می‌شود تا خط سیری همچون گلبرگ‌های گل رز با مرکزیت سیاهچاله ایجاد کند.

ما می‌توانیم چنین انحرافی را در منظومه شمسی خود نیز مشاهده کنیم. مسیری که مدار عطارد به دور خورشید نشان می‌دهد، شاهد چنین انحرافی است و به نظر می‌رسد که این سیاره، هرساله در مدار خود به گرد خورشید کمی می‌چرخد. 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 می‌دهد که چگونه نور این ستاره هنگام رسیدن به سیاه چاله تغییر می‌کند 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 سیاهچاله‌ها طراحی می‌شود، جایگزین شود. این گروه امیدوار است که بتواند ستاره‌های بیشتر و حتی بسیار نزدیک تری به سیاهچاله‌ها بیابد و رصد کند. «آندریاس اکارت»، اخترفیزیکدان دانشگاه کلن و همکار در این پژوهش می‌گوید: «اگر خوش شانس باشیم، ممکن است به اندازه کافی ستاره‌هایی را رصد کنیم که آن‌ها واقعاً تحت تأثیر چرخش سیاهچاله باشند. در این صورت می‌توان یک سطح کاملاً متفاوتی از قانون نسبیت را مجدداً آزمایش کرد».