באפריל 2019, היסטוריית שיתוף הפעולה של טלסקופ Event Horizon עשתה היסטוריה כאשר פרסמה את התמונה הראשונה של חור שחור שצולם אי פעם. ההישג הזה היה עשרות שנים בהתהוות והביא לעבר קרקס תקשורתי בינלאומי. התמונה הייתה תוצאה של טכניקה המכונה אינטרפרומטריה, שם מצפים ברחבי העולם שילבו אור מהטלסקופים שלהם ליצירת תמונה מורכבת.
תמונה זו הראתה את מה שהאסטרופיסיקאים חזו במשך תקופה ארוכה, שכיפוף הכבידה הקיצוני גורם ליפול של פוטונים סביב אופק האירועים, ותורם לטבעות הבהירות הסובבות אותם. בשבוע שעבר, ב- 18 במרץ, צוות חוקרים מהמרכז הרווארד-סמיתסוניאן לאסטרופיזיקה (CfA) הודיעו על מחקרים חדשים שמראים כיצד תמונות חור שחור יכולות לחשוף מבנה מורכב בתוכם.
המחקר המתאר את ממצאיהם, שכותרתו "חתימות אינטרפרומטריות אוניברסאליות של טבעת פוטון של חור שחור", הופיע לאחרונה בכתב העת התקדמות מדעית. את הצוות הוביל מייקל ג'ונסון, אסטרופיזיקאי מטעם ה- CfA, והביא חברים מיוזמת Black Hole של הרווארד (BHI), המעבדה הלאומית לוס אלמוס, מרכז פרינסטון למדע תיאורטי ומרב אוניברסיטאות.
כפי שהסביר ג'ונסון בהודעה לעיתונות של CfA לאחרונה:
"הדימוי של חור שחור מכיל למעשה סדרת טבעות מקוננות. לכל טבעת ברצף זהה בקוטר זהה, אך מתחדדת יותר ויותר מכיוון שאורתה מקיף את החור השחור פעמים רבות יותר לפני שהוא מגיע למתבונן. עם תמונת ה- EHT הנוכחית, ראינו רק הצצה למורכבות המלאה שצריכה להופיע בתדמית של כל חור שחור. "
כפי שאומר לנו חוק היחסות הכללית, שדות כבידה משנים את עקמומיות החלל. במקרה של חור שחור, ההשפעה היא קיצונית וגורמת אפילו לאור (פוטונים) להיכנס סביבם. פוטונים אלה מטילים צל על הטבעת הבהירה של גז ואבק שופעים המואצים למהירויות יחסיות על ידי כוח המשיכה של החור השחור.
סביב אזור מוצל זה "טבעת פוטון" המופקת מפוטונים המרוכזים על ידי כוח הכבידה החזק ליד החור השחור. טבעת זו יכולה לספר לאסטרונומים רבות על חור שחור מאחר שגודלו וצורתו חושפים את המסה והסיבוב (aka. "Spin") של החור השחור. בגלל תמונות EHT, לחוקרי החורים השחורים יש כעת כלי איתם ניתן ללמוד חורים שחורים.
מאז שנות החמישים למדו עליהם אסטרונומים רבות על ידי חקר ההשפעה שיש להם על סביבתם. במילים אחרות, חקר החורים השחורים היה באופן עקיף ותיאורטי. אך עם היכולת לצלם תמונות של חפצים שמימיים אלה, אסטרונומים יכולים סוף סוף ללמוד אותם ישירות ולגייס נתונים אמיתיים.
ג'ורג 'וונג, סטודנט לתואר שני בפיזיקה מאוניברסיטת אילינוי באורבנה-שמפיין, היה אחראי על פיתוח תוכנה להפקת תמונות חור שחור מדומה. תוכנה זו היא שאפשרה למחשב תמונות שהיו בעלות הרזולוציה הגבוהה ביותר עד כה ואיפשרו לצוות שלהם לפרק אותם לסדרת התמונות החזויות. כפי שציין וונג:
"קירוב מומחים מתחומים שונים אפשר לנו לחבר באמת הבנה תיאורטית של טבעת הפוטון למה שאפשר בתצפית. מה שהתחיל כשחישובי עיפרון ונייר קלאסיים הניעו אותנו לדחוף את ההדמיות שלנו למגבלות חדשות. "
עם זאת, מה שהפתיע במיוחד החוקרים היה כיצד התשתית שנחשפה על ידי תמונת החור השחור יוצרת הזדמנויות חדשות למחקר. בעוד שהמציצות שחשפו בדרך כלל אינן נראות לעין בלתי מזוינת על תמונות, הם מפיקים אותות ברורים מאוד כאשר הם נצפים על ידי מערכי טלסקופים באמצעות אינטרפרומטריה.
זה מציג לאסטרונומים דרך קלה יחסית להרחיב את העבודה שנערכה על ידי שיתוף הפעולה EHT עד כה. "בזמן שצילום תמונות של חור שחור בדרך כלל דורש טלסקופים מבוזרים רבים, המציצות מושלמות ללימוד באמצעות רק שני טלסקופים המרוחקים מאוד זה מזה," אמר ג'ונסון. די בהוספת טלסקופ חלל אחד ל- EHT. "
תחומי האסטרונומיה והאסטרופיזיקה חוו מהפכות מרובות בשנים האחרונות. בין התצפיות שיצאו לראשונה על עצמים בין כוכבים, אישור גלי הכבידה והתצפיות הישירות הראשונות של חור שחור. ראשונות אלה אפשרו מחקר שמבטיח לפתוח מספר תעלומות מתמשכות לגבי הקוסמוס.
המחקר של הצוות התאפשר בחלקו על ידי מענקים שהונפקו על ידי נאס"א, הקרן הלאומית למדע (NSF), מחלקת האנרגיה (DoE) ומקרנות מדעיות ומחקריות מרובות.
