تصاویر پیوسته از سیاهچالهٔ M87* که توسط همکاری تلسکوپ افق رویداد (Event Horizon Telescope – EHT) بهدست آمده، تغییرات غیرمنتظره و مهیجی را در میدان مغناطیسی اطراف این غول کیهانی نشان میدهد. دادههای قطبش (پلاریزاسیون) طی مشاهدات سالهای 2017، 2018 و 2021 حاکی از آن است که در حالی که خود سایهٔ سیاهچاله ثابت باقی مانده، «آبوهوای» مغناطیسی پیرامون افق رویداد بسیار پویا و ناپایدار است.
زمینهٔ علمی و اهمیت کشف
M87* یک سیاهچالهٔ فوقپرجرم در کهکشانی به فاصلهٔ تقریباً 55 میلیون سال نوری است که جرمش حدود 6.5 میلیارد برابر جرم خورشید تخمین زده میشود. این جسم بهعنوان نخستین هدف تصویربرداری مستقیم از یک سیاهچاله، از زمان انتشار تصویر نمادین در 2019 تحت مطالعهٔ گسترده قرار گرفته است. درک میدان مغناطیسی اطراف سیاهچالهها برای توضیح چگونگی شکلگیری و شتابگیری جتهای رادیویی غولپیکر و نیز فرآیندهای تغذیهٔ سیاهچالهها حیاتی است.
روش و مشاهدات تلسکوپ افق رویداد
همکاری EHT از آرایهای بینالمللی از رادیوتلسکوپها استفاده میکند تا با تکنیک تداخلسنجی پایهٔ طولانی (VLBI) تصویری با رزولوشن افسانهای بهدست آورد. این گروه دادههای قطبش را نیز استخراج کرده است، زیرا قطبش نور اطلاعات مستقیم دربارهٔ جهت و ساختار میدانهای مغناطیسی در پلاسمای بسیار داغ اطراف افق رویداد فراهم میآورد. با مقایسهٔ نقشههای قطبشِ سالهای مختلف میتوان الگوهای زمانی و فضایی میدان مغناطیسی را دنبال کرد.
یافتههای کلیدی
در مقایسهٔ تصاویر قطبشِ 2017، 2018 و 2021 آشکار شد که الگوی میدان مغناطیسی اطراف حلقهٔ تابش سیاهچاله تغییرات چشمگیری داشته است. در سال 2017 میدانها شواهدی از حالت مارپیچیِ ساعتگرد نشان میدادند؛ در 2018 جهت میدانها دگرگون شد و بهنظر تثبیت نسبی رسید؛ و در 2021 دوباره جهتگیری به سوی مارپیچ پادساعتگرد تغییر کرد. این «واژگونی»ِ کامل جهت میدان مغناطیسی — برای نخستینبار در محیط اطراف یک سیاهچاله — نشاندهندهٔ دینامیک شدید و کوتاهمدت پلاسمای مغناطیسی نزدیک افق رویداد است.
معنی فیزیکی برای جتها و تغذیهٔ سیاهچاله
الگوهای مغناطیسی نقشی محوری در تشکیل و شتابدهی جتها دارند. طبق مدلهای نظری، بخشی از مادهٔ دیسکِ برافزایشی بهجای سقوط به درون سیاهچاله، روی خطوط میدان مغناطیسی هدایت و به قطبین شتاب میگیرد؛ در برخی موارد سرعت این جریانها به سرعتهای نزدیک به سرعت نور میرسد و جتهایی را ایجاد میکند که میتوانند تا میلیونها سال نوری امتداد یابند. تغییرات ناگهانی در هندسهٔ میدان میتواند منجر به ناپایداری، بازآرایی میدان و تغییر در قدرت یا جهت جت شود.
برداشت از پایداری سایه در برابر ناپایداری میدان
یکی از نکات قابلتوجه این است که در طول این سالها اندازهٔ حلقهٔ تابش (یا سایهٔ نسبیتی) تقریباً ثابت باقی ماند، که تأییدی بر پیشبینیهای نسبیت عام برای سایهٔ یک سیاهچاله است. در مقابل، الگوهای پلاریزاسیون بهطور قابلتوجهی تغییر کردند؛ این امر نشان میدهد که خود فضای خمیده و ویژگیهای گِرِویتی سیاهچاله پایدارتر از میدان و پلاسمای دینامیک اطراف آن است.
اهمیت برای مدلسازی نظری
این مشاهدات مدلهای نظری را به چالش میکشد: پلاسمای مغناطیسی نزدیک افق رویداد نه آرام و ایستا است و نه ساده. مطالعات واقعیِ تغییرات زمانی — و بهویژه مشاهدات قطبش — اطلاعات حیاتی برای تطبیق شبیهسازیهای مغناطیدینامیکِ پرتوپلاسما (GRMHD) با واقعیت فراهم میآورد. پلاریزاسیون نشان میدهد که بازآرایی میدان، تلاطم مغناطیسی و فرآیندهای میکروفیزیکی مانند شتابدهی ذرات چگونه در اندازههای نزدیک به افق عمل میکنند.
آیندهٔ مشاهدات و برنامههای EHT
نتایج اخیر مقدمهای برای برنامههای زمانی بعدی EHT است. رمو تیلانوس از رصدخانهٔ استوارد دانشگاه آریزونا اعلام کرده که این همکاری در نظر دارد مجموعهای از مشاهدات سریعالسیر را در مارس و آوریل 2026 انجام دهد تا «اولین فیلم» از M87* را ثبت کند. خلق یک توالی زمانی پیوسته میتواند به فیزیکدانان امکان دهد سازوکارهای دینامیکی میدان و چگونگی ریشهزدن جتها در زمان واقعی را مطالعه کنند.
نتیجهگیری
واژگونی میدان مغناطیسی اطراف M87* برای نخستینبار نشان میدهد که محیط نزدیک افق رویداد میتواند در مقیاسهای زمانی کیهانی کوتاه بسیار پرتحرک باشد، در حالی که ساختار کلی سایهٔ نسبیتی پایدار میماند. این کشف راه را برای آزمایش دقیقتر نظریهها دربارهٔ شکلگیری جتها و فرایندهای میکروفیزیکی کنار افق باز میکند و اهمیت مشاهدات پلاریزاسیون و پروژههای زمان-دامنه را برجسته میسازد.
منابع و نقلقولها
نقلقولها و دادهها برگرفته از اعلامیهها و مقالات همکاری Event Horizon Telescope و مصاحبهها و اظهارنظرهای دانشمندان مرتبط با این پروژه مانند Eduardo Ros، Paul Tiede و Remo Tilanus است. این یافتهها نشان میدهند که استفاده از دادههای پلاریزاسیون میتواند ابعادی جدید از فیزیک سیاهچالهها را روشن کند.
