در مورد عکس سیاه‌چاله‌ای که تاریخ‌ساز شد

کریس آندرسن: شفرد،خیلی متشکریم که پیش ما آمدی. فکرکنم پروازت دقیقاً دو ساعت پیش در ونکوور فرود آمد. افتخار بزرگیه که تو را اینجا داریم. خب، در مورد استنتاج به سیاه‌چالهاز معادله اینشتین به ما بگو.
شِفرد دولِمان: بیش از یک قرن پیش بود که اینشتین به نظریه‌ای هندسیبرای گرانش(نسبیت عام) رسید که فضا-زمان را خم می‌کرد. یعنی ماده ساختار فضا-زمانرا انحنا می‌دهد و صفحه فضا-زمان به نوبه خود،مواد را به چرخیدن دورش دیکته می‌کند. و اگر به اندازه کافی مادهدر فضای کوچکِ معینی فشرده کنید ساختار فضا-زمان را سوراخ می‌کند، بطوریکه حتی نورتوانایی گریز از آن را ندارد، یعنی نیروی گرانشی حتی نور رادرونش نگه می‌دارد.
کریس: قبل از رسیدن به آن قسمت،دلیل اصلی چرخش زمین به‌دور خورشید نیرو وارد کردن خورشید به زمینآن‌طوری نیست که قبلاً تصورمی‌شد، بلکه تغییرشکل فضا است که به بیانی باعث سقوط مادر اطراف خورشید می‌‌شود.
شفرد: دقیقاً، هندسه فضا-زمان، چگونگی گردش زمینبه دور خورشید را تعیین می‌کند. شما الان چگونگی سوراخ شدن فضا-زمانتوسط سیاه‌چاله را می‌بینید، و وقتی بسیار عمیق شود به جایی می‌رسد که نوربه‌ دورسیاه‌چاله می‌چرخد.
کریس: پس فکر کنم این چیزی است که اتفاق می‌افتد: این یک عکس نیست، بلکه شبیه‌سازی کامپیوتری از چیزیست که همیشه در مورد افق رویداداطراف سیاه‌چاله فکرش را می‌کردیم.
شفرد: تا هفته پیش هیچ ایده‌ایدر مورد شکل یک سیاه‌چاله نداشتیم. نهایت تلاشمان معطوف به شبیه‌سازی‌هاییاینچنین در ابررایانه‌ها می‌شد، اما حتی اینجا هم شمامی‌توانید حلقه نور را ببینید که مدار فوتون ها است. یعنی محلی است که فوتون‌هابه‌ دور سیاه‌چاله درحرکت‌ هستند و در اطراف آن گازهای داغی استکه به درون سیاه‌چاله کشیده می‌شوند و داغی آن‌ها بخاطر اصطکاک‌شان است. همه این گازها در حال فشرده شدن هستندپس گرم می‌شوند.
کریس: پس چند سال قبل،به این ماموریت ملحق شدی تا تلاش کنی یکی از این‌ها رابه تصویر بکشی. و حدس می‌زنم تو -- روی این کهکشان که آنجاست تمرکز کردید. در مورد این کهکشان برایمان بگو.
شفرد: این کهکشان -- ما در حال نزدیک شدن به کهکشان M87 هستیمکه ۵۵ میلیون سال نوری از ما فاصله دارد.
کریس: ۵۵ میلیون سال نوری!
شفرد: که راه خیلی دوری است. و در قلب آن سیاه‌چاله‌ای ۶.۵ میلیارد برابرجرم خورشید وجود دارد. برای ما درکش مشکل است، درسته؟ ۶.۵ میلیارد خورشیددرون نقطه‌ای فشرده شده است. و بر روی انرژی‌های قسمتیاز مرکز این کهکشان حکمرانی می‌کند.
کریس: با اینکه بسیار بزرگ استاما بدلیل دوری بسیار زیادش عملاً رویای گرفتن عکسی از آن هم بسیار مشکل است. [برای اینکار تلسکوپ]بسیار تفکیک پذیری لازم است.
شفرد: سیاه‌چاله‌ها کوچکتریناشیا در فضای شناخته شده هستند. اما تاثیر بسیار عظیمیروی کل کهکشان ها دارند. اما برای رصد یکیشان، به تلسکوپی به بزرگی زمین احتیاج دارید چون سیاه‌چاله‌ای که به آن نگاه می‌کنیم کپی‌های زیادیاز امواج رادیویی به ما می‌دهد. همیشه در حال تابش است.
کریس: و این دقیقاً کاریستکه شما انجام دادید.
شفرد: چیزی که اینجا می‌بینید حاصل تلسکوپ‌هایی است که درسراسرزمین استفاده کردیم و آن‌ها را با ساعت‌های اتمیکاملاً هم‌گام کردیم آن‌ها امواجی از این سیاه‌چاله رادریافت کردند و بعد ما همه داده‌ها را پردازش کردیمتا به شکل عکس درآیند.
کریس: برای انجام آن آب‌وهوا باید در تمامی مکان‌ها بطور هم‌زمان صاف می‌بود تا بتوانید دید واضح و شفافی داشته باشید.
شفرد: از جهات زیادیهم باید خوش شانس می‌بودیم. بعضی وقت‌ها شانس بهتر از بی‌عیب بودن است. در این مورد برای ما هر دوش بود.دوست دارم اینطوری فکر کنم. اول نور باید از سیاه‌چاله بتابد. سپس باید از فضای بین کهکشانی و جو زمینی رد شودکه بخار آب می‌تواند جذبش کند، و در صورتی که همه چیز بی نقص بود: اندازه زمین در آن طول موج نور، طول موج یک میلی‌متر، دقیقاً قدری بود که می‌توانست سیاه‌چاله رادر ۵۵ میلیون سال نوری به تصویر آورد. جهان به ما داشت می‌گفت که چه بکنیم.
کریس: پس شما شروع به رصدحجم عظیمی از داده‌ها کردید. و در تصویر فقط نصف داده‌های یک تلسکوپ هست.
شفرد: بله، این یکی از اعضای تیم‌ ما،لیندی بلک برن، هست و با نصف داده‌های حاصل از "تلسکوپ بزرگ میلیمتری، LMT" که بر روی کوهی در ارتفاع ۴,۶۰۰ متری در مکزیک قرار دارد،ایستاده است. داده‌هایی که در دست داردحدود نصف پتا بایت است. که به زبان ساده حدوداً حجمی برابر با سلفی‌هایکل زندگی ۵,۰۰۰ نفر است.
(خنده)
کریس: حجم عظیمی از داده‌هاست. و باید حمل می‌شد چراکه ارسالاز طریق اینترنت امکان‌پذیر نبود. همه آن‌ها به یک مکان فرستاده شد و کامپیوترهای عظیمی شروع به تلاشو تجزیه تحلیل آن‌ها کردند. و شما واقعاً نمی‌دانستید که چه چیزی رااز این داده‌ها بدست می‌آورید.
شفرد: روشی که استفاده کردیمبه این شکل است -- فرض کنید آینه‌ای را به قطعاتی خرد می‌کنید و تمامی خرده ریزها رادر مکان‌های مختلف [کره‌زمین] قرار می‌دهید. مثل آینه‌ای معمولی که نور از سطح ایده‌آل آن بازتاب شده و در همین زمان در تقطه‌ای معینمتمرکز می‌گردد. ما تمامی داده‌هایمان را با دقت ساعت اتمی هم‌زمان ثبت کردیم و بعداً در یک ابر رایانههم‌گامشان می‌کنیم. و یک لنز [مجازی] به اندازه زمین می‌سازیم. و تنها راهی که می‌شد انجامش داداستفاده از هواپیما برای حمل داده‌ها بود. هیچ پهنای‌باندی توانایی رقابت بابوئینگ ۷۴۷ پراز هارد دیسک را ندارد.
(خنده)
کریس: خب، حدس می‌زنم چند هفته یا ماه پیش، صفحه کامپیوتری در جایی شروع به نشان دادن این عکس کرد. این لحظه.
شفرد: خب، زمان زیادی برد.
کریس: منظورم این هست نگاه کن به این. این بود. این اولین عکس بود.
(تشویق حضار)
خب به ما بگو دقیقاًبه چه چیزی نگاه می‌کنیم.
کریس: هنوزم دوستش دارم.
(خنده حضار)
ما در اینجا آخرین مداراز فوتون‌ها را می‌بینیم. شما در حال نظاره به محصولنسبیت عام اینشتین هستید. سوراخ درون فضا-زمان به قدری عمیق هست که نور به شکل مداری در حال چرخش است و نوری که پشت سیاه‌چاله،که معتقدم بزودی آن را خواهیم دید، خمی به‌دور سیاه‌چاله برداشتهو بصورت موازی باهم به سمت ما به‌موازات دقیقاً همان مدار می‌آید. محاسبه شده که آن اندازه مدار جذر دوم ۲۷ ضرب‌درچند ثابت بنیادی دیگر است. شگفت انگیزه وقتی بهش فکر می‌کنید.
کریس: کی ... در ذهنم وقتی به سیاه‌چاله می‌اندیشیدم فکر می‌کردم آن حلقه افق رویداد است که مقدار زیادی از نور و مادهدر حال چرخش به آن شکل هستند. اما در واقع پیچیده‌تر از آن است. در مورد این انیمیشن بگو چون بنظر می‌آیدهمچون لنز، نور از کنار آن خم می‌شود.
شفرد: می‌بینید که بعضی از نورهایپشت آن مثل لنز خم می‌شوند و بعضی از نور‌ها حلقه‌ایبدور مدار سیاه‌چاله می‌زنند. اما وقتی به اندازه کافی نور از گازهای گرم در حالچرخش اطراف سیاه‌چاله باشد شما به تصویری از نورهای موازی که باهم به صفحه می‌خورند که در واقع درهمان مکانی است که ما هستیم. و شما اینجا می‌توانید منشاءو شکل‌گیری این حلقه را ببینید. و این چیزیست که اینشتینصد سال قبل پیش‌بینی کرده بود.
کریس: شگفت انگیزه. خب، برای ما بیشتر در موردچیزیکه اینجا می‌بینیم بگو. اول از همه چرا قسمتی از آنروشن‌تر از بقیه است؟
شفرد: آنچه اتفاق می‌افتد این استکه سیاه‌چاله در حال چرخش است. شما با گازهایی در زیرکه به سمت ما می‌آیند و گازهای بالایی که ازما دور می‌شوند روبرو هستید. درست مثل صدای قطار کهفرکانسی بالا در زمان نزدیک شدن به شما دارد، گازهایی که به سمت ما می‌آیند انرژی بیشترینسبت به آن‌هایی که دور می‌شوند دارند. پس شما قسمت پائینی را روشن‌تر می‌بینید چون آن‌ها در جهت ما تقویت می‌شوند.
کریس: اندازه آن چقدر بزرگ است؟
شفرد: کل منظومه شمسی ما به خوبیدرون آن منطقه تاریک جا می‌شود. اگر منظورم از قسمت تاریک نشانی از افق رویداد باشه. دلیلی دارد برای اینکهنوری از آنجا نمی‌بینیم، چون نوری که از آنجا به سمت ما می‌آید توسط افق رویداد بلعیده می‌شود. پس آن -- همین است.
کریس: پس وقتی در موردسیاه‌چاله می‌اندیشیم به پرتوهایی حجیمی که از آنبه بیرون فواره می‌شوند فکر می‌کنی که به سمت ما نشانه گرفته شدند. ما چرا آن‌ها را نمی‌بینیم؟
شفرد: این سیاه‌چاله بسیار قوی است. نه‌ تنها با استاندارد جهانیکه هنوز قدرتمند است، همینطور از قطب‌های شمال و جنوب این سیاه‌چاله معتقدیم فواره‌هایی در حال آمدند. خب، ما خیلی نزدیک هستیمتا ساختار این فواره‌ها را هم ببینیم، این از بنیان آن فواره‌هاستکه فضا-زمان را درخشان می‌کنند. و چیزی است که اطراف سیاه‌چاله خم می‌شود.
کریس: خب اگر تو در سفینه‌ای فضاییبه طریقی در اطراف آن در حرکت بودی چقدر طول می‌کشید تا دورش بزنی؟
شفرد: اول از همه اینکه من حاضرمهمه چیز بدهم تا در آن سفینه باشم.
(خنده)
خلاصه من را داوطلبش بنویسید. اصطلاحی است به اسم --اگر ذهنم یاری بده -- درونی‌ترین و پایدارترین مدار دایره‌ای، که درونی‌ترین مداری است که مادهمی‌تواند دور سیاه‌چاله قبل از اینکه به داخل آن مارپیچ شود، بچرخد. و در این سیاه‌چاله این زمان دور زدنبین سه روز تا حدوداً یک ماه است.
کریس: بسیار قدرتمند است،در مرحله‌ای به‌طرزِ عجیبی آهسته است. منظورم این است شما حتی متوجه کشیده شدن به داخل افق رویدادهم نمی‌شوید اگر آنجا باشید.
کریس: شما شاید اصطلاح"اسپاگتی‌شدن" را شنیده باشید. وقتی به درون سیاه‌چاله کشیده می‌شوید اثر گرانش روی پاهای شمابسیار قوی‌تر از سر شماست بطوریکه شما از هم جدا می‌شوید. این سیاه‌چاله آنقدر بزرگ است که شما حتی به رشته اسپاگتی هم تبدیل نمی‌شوید بلکه مستقیماً به درونافق رویداد پودر می‌شوید.
کریس: مثل گردبادی عظیم. مثل فیلم دوروتی که به گردباد برخورد کردو خودش را در سرزمین عجایب اُز پیدا کرد. تو وقتی به سیاه‌چاله سقوط کنیاز کجا سر در میاری؟
(خنده حضار)
شفرد: ونکوور (اینجا)
(خنده)
کریس: وای خدای من.
(تشویق)
این دایره قرمز رنگ، ترسناکه. نه، واقعاً.
شفرد: سیاه‌چاله‌ها راز اصلی عصر ما هستند چون جایی هستند که دنیای کوانتومو گرانش باهم ترکیب می‌شوند. درون آن چیست، تکینگی است. و آنجاست که تمامی نیروها یکی می‌شوند چراکه گرانش در انتها آنقدر قوی استکه با بقیه نیروها رقابت کند. اما از ما پنهان است، جهان آن را درون مرواریدی کلاًنامرئی پنهان نموده است. ما نمی‌دانیم درون آن چه روی می‌دهد.
کریس: خب یکی از نمونه‌هایکوچک این سیاه‌چاله‌ها در کهکشان ماست. می‌توانیم به کهکشان زیبای خود برگردیم؟ اینجا راه‌شیری است، خانه ‌ما. و جایی در مرکز آنیکی دیگر وجود دارد که شما به‌دنبال آن هم هستید.
شفرد: ما هم‌اکنون می‌دانیم آنجاستو از آن داده‌هایی گرفته‌ایم. و الان روی آن داده‌ها در حال کار هستیم. امیدواریم در آینده‌ای نزدیک چیزی از آنداشته باشیم، اما نمی‌توان زمانش رو گفت.
کریس: به ما خیلی نزدیک‌تر استاما بسیار کوچک‌تر هم است. شاید بنظر ما در اندازه یکسان بیاد؟
شفرد: درسته، معلوم شد سیاه‌چاله M87 که قبلاً دیدیم، ۶.۵ میلیارد برابر خورشید جرم دارد. اما چون خیلی دور استهم اندازه به‌نظر می‌آید. سیاه‌چاله مرکز کهکشان ما هزار برابرجرم کمتری را دارد اما هزار برابر هم نزدیک‌تر است. پس به یک قطر زاویه‌ایدر آسمان دیده می‌شوند.
کریس: در پایان، بنظرم وقت قدردانیازاین گروه درخشان است. این افراد کیستند؟
شفرد: این‌ها فقط بخشی از تیم هستند. ما درهنگام ظهور این تصویر شگفت زده شدیم. اگر به من می‌گفتی که این عکس بر رویتمامی این روزنامه‌ها چاپ خواهد شد مطمئنم باورت نمی‌کردم، اما شد. چون رمز و راز بزرگی بود، و برای ما الهام‌بخش است،امیدوارم برای بقیه هم باشد. اما نکته مهم‌تر این است که اینفقط بخش کوچکی از تیم ما هست. ما ۲۰۰ نفریم از۶۰ موسسه در ۲۰ کشور و منطقه. اگر می‌خواهی تلسکوپی جهانی بسازیبه تیمی جهانی هم نیازمندی. و این تکنیکی که ما در اتصال تلسکوپ‌هایسراسر جهان به همدیگر استفاده کردیم تقریبا بدون هیچ زحمتی تمامی چیزهاییکه ما را جدا کرده بود کنار گذاشت. به عنوان محققین، ما بطور طبیعی دور همجمع می‌شویم تا همچین کارهایی بکنیم.
کریس: او، پسر، این الهام‌بخشکل تیم ما در این هفته خواهد بود. شفرد، بسیار ممنونیم برای آنچه کهانجام دادید و برای آمدنت به اینجا.
شفرد: متشکرم.
(تشویق)