رصد سیاهچاله کهکشان راه‌شیری توسط ستاره‌شناس ایرانی

تلسکوپ ۱۰ میلیارد دلاری ناسا در حال راه‌اندازی چهار ابزار پیشرفته خود و وضعیت‌های مختلف آن‌ها است که به وب امکان رصد کهکشان‌های دور و همچنین اجرام نزدیک‌تر در کهکشان راه شیری یا منظومه شمسی را می‌دهند.

اکنون یکی از این چهار ابزار آماده عملیات است و مقامات تلسکوپ وب آماده می‌شوند تا اولین تصاویر اصلی این رصدخانه مداری را در تاریخ ۱۲ ژوئیه(۲۱ تیر ماه ۱۴۰۱)‌ منتشر کنند و فرهاد یوسف‌زاده، یکی از ستاره‌شناسان ایرانی دانشگاه نورث وسترن نیز قرار است رصدهایی توسط این تلسکوپ فضایی به انجام برساند.

“رنه دویون”(René Doyon)، محقق سیارات فراخورشیدی و کارشناس ابزار نجومی در دانشگاه مونترال، می‌گوید: این دستگاه که تصویرگر مادون قرمز نزدیک و ابزار طیف‌نگار بدون شکاف(NIRISS) نام دارد، با مشارکت کانادا ساخته شده و به‌طور قابل‌توجهی بهتر از آنچه ما پیش‌بینی می‌کردیم عمل می‌کند.

“طیف‌نگار بدون شکاف” در کنار حسگر هدایت خوب کانادا (FGS) به فعالیت خواهد پرداخت، این دو ابزار به تلسکوپ امکان نشانه‌گیری اهداف را در اعماق فضا می‌دهند. دویون، که محقق اصلی حسگر هدایت خوب نیز هست افزود که مشتاق دیدن علوم جدید است. باورم نمی‌شود که فقط چند روز با شروع عملیات علمی، و به‌ویژه فعالیت طیف‌نگار بدون شکاف فاصله داریم.

هر دوی این ابزارها توسط شرکت “Honeywell” ساخته شده‌اند و آژانس فضایی کانادا بودجه آن را تامین کرده است. در نتیجه این مشارکت‌ها، محققان کانادایی سهم تضمین شده‌ای در دریافت یافته‌هایی از وب دارند، که استفاده از آن در طول ۲۰ سالی که برای این تلسکوپ پیش‌بینی‌شده، فضایی رقابتی خواهد داشت.

آخرین وضعیت طیف‌نگار بدون شکاف که آماده به کار شده است، “طیف‌سنجی بدون شکاف یک جرم واحد” نام دارد. این وضعیت به طیف‌نگار این امکان را می‌دهد که نور ورودی را از یک جسم واحد در فاصله دور، جدا کند و میزان نور را در طول موج‌های خاص اندازه‌گیری کند.

از آنجایی که عناصر مختلف دارای نشانه‌های نوری (طیف) متمایزی هستند، این وضعیت در طیف‌نگار بدون شکاف به محققان اجازه می‌دهد تا دریابند چه عناصری در ترکیبات یک سیاره فراخورشیدی وجود دارد. برای مثال وب ممکن است بتواند در سیارات غول‌پیکر، عناصر کمیاب اکسیژن یا سایر عناصر رایج در منظومه شمسی را پیدا کند.

چنین مشاهداتی با رصد یک سیاره در زمان عبور آن از بین ستاره میزبان و تلسکوپ انجام می‌شود. با مقایسه رصدهای ستاره در حین گذر آن از جلوی ستاره و سایر زمان‌ها، دانشمندان می‌توانند تفاوت‌ ترکیبات شیمیایی را در اتمسفر سیاره بررسی کنند.

از دیگر مواردی که تلسکوپ جیمز وب پس از آغاز فعالیت خود به آن خواهد پرداخت رصد سیاهچاله قلب کهکشان راه‌ شیری است.

ستاره شناسان برای تصویربرداری از این سیاهچاله به تلسکوپی به اندازه زمین نیاز داشتند و اکنون آن‌ها از رصدخانه نسل بعدی ناسا در فضا کمک خواهند گرفت.

تلسکوپ فضایی جیمز وب، که با نام‌های JWST یا Webb نیز شناخته می‌شود، در دسامبر سال ۲۰۲۱ (دی ماه ۱۴۰۰) به فضا پرتاب شد و از جمله وظایف برنامه‌ریزی شده برای اولین سال کار این رصدخانه جدید، همکاری با تلسکوپ افق رویداد (EHT) است. افق رویداد مجموعه‌ای جهانی از رصدخانه هاست که اولین عکس از یک سیاهچاله را در آوریل سال ۲۰۱۹ منتشر کرد.

افق رویداد این شاهکار را در ماه مه بار دیگر تکرار کرد و اولین تصویر از سیاهچاله “کمان ای*” (Sagittarius A*) که ابرسیاهچاله مرکز کهکشان راه شیری است را منتشر کرد. این تصویر حلقه‌ای از نور طلایی را بر روی پس زمینه‌ای سیاه نشان می‌داد.

یکی از بی‌شمار دانشمندانی که منتظر دیدن این تصویر بود، فرهاد یوسف زاده، ستاره‌شناس دانشگاه نورث وسترن در ایلینوی است. او به طور ویژه در کارهای تلسکوپ افق رویداد بر “کمان ای*”  مشارکت داشته است، زیرا اوایل امسال، زمان گرانبهایی برای مشاهده سیاهچاله کهکشان راه شیری توسط جیمزوب به او اعطا شد.

او به اسپیس‌ گفته است: من فکر می‌کردم که به دلیل سوسو زدن “کمان ای*”  تصویر حاصل از آن کمی آشفته‌تر خواهد بود. این نتیجه برای اولین تصویر بسیار خوب به نظر می‌رسد.

“کمان‌ای*” یک جرم پیچیده برای مطالعه است، زیرا علاوه بر تمام محدودیت‌های معمول یک سیاهچاله، نقاطی که در امتداد افق رویداد آن قرار دارند به طور ناگهانی ذراتی را تقریباً با سرعت نور به سمت بیرون پرتاب می‌کنند. پرتاب این شراره‌ها می‌توانند چهار یا پنج بار در روز اتفاق بیفتند و “کمان‌ای*” را به هیولایی تغییر کننده تبدیل کنند.

یوسف زاده می‌گوید: این کانون‌ها اساساً به طور ناگهانی روشن و شعله‌ور می‌شوند، مانند یک آتش بازی هستند و حدود نیم ساعت یا بیشتر طول می‌کشند. گاهی اوقات آنها با هم رخ می‌دهند و شما چندین آتش‌بازی را به طور همزمان یا متوالی مشاهده می‌کنید.

اما مکانسیم این شراره‌ها به خودی خود یک راز باقی مانده است.

یوسف زاده می‌گوید: ما هنوز نمی‌دانیم شراره‌ها چگونه تولید می‌شوند. آن‌ها ذراتی مانند ذرات پرتو کیهانی هستند که نزدیک به سرعت نور در حال حرکتند. چیزی باید باعث شتاب آن‌ها تا سرعت نزدیک به نور شده باشد و ما هنوز نمی‌دانیم که چه چیزی این کار را می‌کند.

هر شعله ابتدا در نور مادون قرمز قابل مشاهده است، اما با گذشت زمان سیگنال‌ها به چیزی گسترش می یابد که ستاره‌شناسان آن را تابش زیر میلی متری می‌نامند. و تابش زیر میلی‌متری همان چیزی است که تلسکوپ افق رویداد برای ایجاد تصاویر سیاه‌چاله‌ها جمع‌آوری می‌کند.

یوسف زاده می‌گوید: این بدترین اتفاقی است که می‌تواند در تصویربرداری از یک سیاهچاله رخ دهد، زیرا شما نمی‌خواهید یک منبع متغیر را مشاهده کنید. شما باید جزء متغیر را بردارید تا تصویر مناسبی از خود منبع به دست بیاید.

اینجاست که تلسکوپ جیمز وب وارد عمل می‌شود.

تلسکوپ وب چندین نقطه قوت برای این همکاری به ارمغان می‌آورد. با چرخش در مداری که نزدیک به ۱.۵ میلیون کیلومتر از زمین فاصله دارد، شرایط آب وهوایی تداخلی در رصدها ایجاد نمی‌کند و آفتاب‌گیرهای عظیم آن، ابزار تلسکوپ را به اندازه کافی سرد نگه می‌دارند تا قادر به مطالعه امواج فروسرخ باشد. این تلسکوپ دو ابزار مخصوص نیز برای مطالعه همزمان دو نوع مختلف از تابش فرو سرخ دارد.

یوسف زاده می‌گوید: تا آنجایی که من می‌دانم مشاهده چنین رویدادهایی در نور نزدیک به فروسرخ و مادون قرمز میانی تاکنون انجام نشده است. مشاهده مداوم این پدیده‌ها در دو طول موج به دانشمندان این امکان را می‌دهد تا تفاوت میان “کمان‌ای*” و شراره‌هایش را دریابند. طوری که گویی دو تلسکوپ به طور همزمان در حال رصد آن هستند.

تیم یوسف زاده به دلیل همکاری با تلسکوپ افق رویداد، محدودیت‌هایی در برنامه‌ریزی دارند. این رصدخانه مشاهدات خود را در طی حدود یک هفته در ماه مارس یا آوریل انجام می‌دهد که هوا در بهترین شرایط قرار دارد. یوسف‌زاده می‌گوید که کمپین بهاری آینده به طور آزمایشی برای آوریل سال ۲۰۲۳ برنامه‌ریزی شده است و در آن زمان جیمز وب ۲۵ ساعت را صرف مطالعه این ابرسیاهچاله خواهد کرد.

اما آیا زمانی که وب در حال تماشای “کمان‌ای*” است، این سیاهچاله شراره‌هایش را به فضا پرتاب می‌کند؟ یوسف زاده فکر می‌کند که شانس با تیمش یار خواهد بود. او گفت: احساس می‌کنم دو روز، فرصت خوبی است و اگر موفق نشدیم، سال بعد برمی‌گردیم. ما دوباره تلاش خواهیم کرد.

اما حتی اگر جیمز وب موفق به ثبت این شراره‌ها نشود باز هم این مشاهدات ارزشمند هستند.

او افزود: برخی از افراد ترجیح می‌دهند که شراره‌ای در کار نباشد زیرا این به معنای ثبت تصاویر بهتر است. اما در نهایت سیاهچاله کار خود را می‌کند.