ايتنا - برندگان جایزه نیو هورایزن ۲۰۲۳ مشخص شدند

دو دانشمند جایزه ۱۰۰ هزار دلاری را برای توصیف ساختار و روشی برای تشخیص کره‌های فوتون سیاهچاله مرموز دریافت کردند. این ساختارهای مرموز در لبه‌های سیاه‌چاله‌ها شکل می‌گیرند و می‌توانند فیزیک زیربنایی را که بر افراطی‌ترین اجرام کیهان حاکم است، آشکار کنند.

به گزارش ایتنا و به نقل از لایوساینس، الکساندر لوپساسکا از دانشگاه واندربیلت و مایکل جانسون از دانشگاه هاروارد، برنده جایزه نیوهورایزن در فیزیک شدند. در بیانیه این جایزه، دلیل برنده شدن آنها «روشن ساختن زیرساختار و ویژگی‌های جهانی حلقه‌های فوتون سیاهچاله و اثبات صحت پیشنهادهای آنها توسط آزمایش‌های تداخل‌سنجی نسل جدید» ذکر شده است.

گفتنی است جایزه نیوهورایزن هر ساله توسط بنیاد Breakthrough Prize به پژوهشگران جوان اعطا می‌شود و تامین مالی جایزه توسط میلیاردرهای فناوری از جمله سرگئی برین، پریسیلا چان و مارک زاکربرگ، یوری و جولیا میلنر و آن وویچیکی انجام می‌شود. جایزه دوم نیز امسال به میخائیل ایوانوف از MIT، الیور فیلکاکس از دانشگاه کلمبیا و بنیاد سیمونز و همینطور مارکو سیمونوویچ از دانشگاه فلورانس برای کارشان در مورد «برخوردکننده کیهانی» اعطا شد.

هنگامی که فوتون‌ها به سمت سیاهچاله حرکت می‌کنند، بیشتر آنها یا خم می‌شوند و یا اگر از افق رویداد آن عبور کنند، برای همیشه در پرتگاه تاریک غرق می‌شوند. با این حال، برخی از ذرات نوری کمیاب دچار چنین سرنوشتی نمی‌شوند. در عوض در یک سری مدارهای تنگ در دهان باز هیولای کیهانی موج می‌زنند و اگر سیاه‌چاله در حال چرخش باشد، مقداری از انرژی چرخشی آن را می‌دزدند تا به‌طور معجزه‌آسایی آزاد شوند.

شناسایی این فوتون‌ها برای نخستین بار به فیزیکدانان بینش بی‌سابقه‌ای در مورد کلان‌ترین اجرام در کیهان و همچنین چگونگی شکست قوانین شناخته‌شده فیزیک در حضور کشش‌های گرانشی نامحدودشان می‌دهد.

الکساندر لوپساسکا که برای طراحی این حلقه‌ها و یافتن پارامترهای توصیف‌گر آن از نسبیت استفاده کرد، می‌گوید: «گرانش معمای بزرگی است. ما همچنان نمی‌دانیم چگونه نظریه نسبیت عام انیشتین را که تصویر نسبیتی گرانش به عنوان خمش فضا-زمان است، با مکانیک کوانتومی ترکیب کنیم».

لوپساسکا ادامه می‌دهد: «مشکل این است که گرانش بسیار ضعیف است و در واقع ضعیف‌ترین نیرو در بین تمام نیروها است». بنابراین برای اینکه شانسی برای درک گرانش کوانتومی داشته باشیم، باید ببینیم که گرانش در کجا قوی‌تر است و هیچ کجا گرانش قوی‌تر از اطراف سیاه‌چاله نیست.

در جستجوی یک رختشویی کیهانی
سیاهچاله‌های ابَرپرجرم بسیار بزرگ هستند و تقریباً عرض منظومه شمسی را در بر می‌گیرند. بنابراین ممکن است یک فوتون حدود شش روز طول بکشد که با سرعت نور حرکت کند و یک مدار بسازد. در پایان این شش روز، فوتون‌ها می‌توانند دور بزنند و برگردند تا مدار دیگری ایجاد کنند، به درون سیاهچاله پرواز کنند یا از آن دور شوند. فوتون‌هایی که از گرانش سیاهچاله می‌گریزند، به شکل هاله‌ای بسیار نازک در اطراف شکاف سیاه خالص ظاهر می‌شوند و یک کره فوتونی پدید می‌آورند.

با استفاده از نوری که در آخرین باندهای تقریباً نامتناهی در درون نوری که اول وارد شد قرار گرفت، کره‌های فوتون را می‌توان به حلقه‌های کوچک‌تری نیز تقسیم کرد. کندن این لایه‌ها، مجموعه‌ای از عکس‌های فوری را نشان می‌دهد که هر زاویه از جهان اطراف را به تصویر می‌کشد. این تصاویر از گذشته نزدیک شروع می‌شوند و تا تابش‌های ناچیز باقی‌مانده از نور که سال‌ها پیش توسط سیاه‌چاله ثبت شده بود، ادامه پیدا می‌کنند.

لوپساسکا اظهار می‌دارد: «این پدیده مانند یک ماشین لباسشویی است؛ به این شکل که از هر زاویه‌ای نور را می‌گیرد، به آن اجازه می‌دهد غلت بخورد و سپس آن را در یک جهت پرتاب می‌کند». در هر زمان معین، فقط برخی فوتون‌ها می‌توانند در جا قرار بگیرند. همیشه فوتون‌های بیشتری وارد می‌شوند، اما برخی از فوتون‌ها به بیرون نشت می‌کنند».

پس از انجام پیش‌بینی‌های نظری در مورد اینکه حلقه‌ها چگونه باید باشند، این زوج پژوهشی و همکارانشان به دنبال ابداع روش‌هایی برای اندازه‌گیری هاله‌ها بر آمدند. جانسون متوجه شد که تلسکوپ افق رویداد (EHT) که او و سایر پژوهشگران از آن برای گرفتن نخستین تصویر از یک سیاهچاله استفاده کرده بودند، برای این کار عالی است؛ ولی کاش می‌شد کره فوتون را از باند فازی نور دیگر که از سیاهچاله جریان می‌یابد، تشخیص داد.

جانسون استدلال کرد که برای رسیدن به این هدف، پژوهشگران فقط باید EHT را در آرایه‌ای با یک تلسکوپ دیگر قرار دهند تا نخستین باند کره فوتون را تشخیص دهند.

جانسون می‌گوید: «معجزه این است که می‌توانید یک مدارگرد اضافه کنید که برای مطالعه حلقه فوتون کاملا کافی است. ما کاملا شوکه شدیم؛ چون این امر بر خلاف هر چیزی است که ما تا به حال در نجوم مطالعه کرده‌ایم».

لوپساسکا و جانسون در حال کار بر روی پروژه‌ای هستند تا ناسا با کمک آن بتواند ماهواره‌ای را با تلسکوپ اضافی پرتاب کند. در صورت موفقیت، آنها می‌توانند نخستین تصویر از نوار بیرونی یک کره فوتون را ظرف ۱۰ تا ۱۵ سال به دست آورند. انجام این کار نه تنها آنها را قادر می‌سازد تا اندازه افق رویداد سیاهچاله و چرخش آن را بسنجند، بلکه پس از اندازه‌گیری نوار دوم، خواهند توانست برخی از رادیکال‌ترین نظریه‌های فیزیک را نیز بررسی کنند.

لوپساسکا در پایان می‌گوید: «این حلقه فوتون از همان لبه جهان قابل مشاهده می‌آید. اگر این نکته به اندازه کافی شما را شگفت‌زده نمی‌کند، دیگر من نمی‌دانم چه چیزی می‌تواند شما را به هیجان بیاورد! ».