How do you observe something you can't see? This is the basic question of somebody who's interested in finding and studying black holes. Because black holes are objects whose pull of gravity is so intense that nothing can escape it, not even light, so you can't see it directly.
چگونه مي توانيد چيزي كه نامريي است را مشاهده كنيد؟ اين سوالي اساسي براي افرادي به شمار مي رود كه علاقه آنها پيدا كردن و مطالعه سياهچاله ها است چرا که سیاه چاله ها اجرامي هستند كه نيروي گرانش فوق العاده بالايي دارند. نيروي كه اجازه نمي دهد هيچ چيز، حتي نور هم از دام آن فرار كند. به همين دليل شما نمي توانيد آنها را مستقيما ببينيد.
So, my story today about black holes is about one particular black hole. I'm interested in finding whether or not there is a really massive, what we like to call "supermassive" black hole at the center of our galaxy. And the reason this is interesting is that it gives us an opportunity to prove whether or not these exotic objects really exist. And second, it gives us the opportunity to understand how these supermassive black holes interact with their environment, and to understand how they affect the formation and evolution of the galaxies which they reside in.
خوب، داستان امروز من در باره سياهچاله ها، به يك نوع سياهچاله خاص مربوط مي شود. من مايلم به اين پرسش پاسخ دهم كه بالاخره آيا يك سياهچاله واقعا پرجرم ، از نوعي كه ما به آن سياهچاله ابر پرجرم مي گوييم، در مركز كهكشان ما وجود دارد يا نه؟ و دليلي كه اين موضوع را هيجان انگيز و جالب مي كند اين است كه اين كار به ما فرصتي مي دهد تا ببينيم، كه آيا اين چنين اجرامي واقعا وجود دارند يا خير؟ و ديگر اينكه فرصتي در اختيار ما مي گذارد كه بفهميم چنين سياهچاله ابر پر جرمي چگونه با محيط اطرافش اندركنش دارد و بفهميم كه اين سياهچاله ها چگونه در شكل گيري و تحول كهكشاني كه درون آن رشد مي كنند، تاثير مي گذارند
So, to begin with, we need to understand what a black hole is so we can understand the proof of a black hole. So, what is a black hole? Well, in many ways a black hole is an incredibly simple object, because there are only three characteristics that you can describe: the mass, the spin, and the charge. And I'm going to only talk about the mass. So, in that sense, it's a very simple object. But in another sense, it's an incredibly complicated object that we need relatively exotic physics to describe, and in some sense represents the breakdown of our physical understanding of the universe.
خوب براي شروع اول بايد بفهميم يك سياهچاله چيست؟ تا بتوانيم مدارك وجود آن را درك كنيم خوب، يك سياهچاله چيست؟ از بسياري جهات،يك سياهچاله جسم واقعا ساده اي است. چرا كه شما مي توانيد يك سياهچاله را تنها با 3 مشخصه تعريف كنيد جرم چرخش و بار الكتريكي ولي من قصد دارم فقط درباره جرم آن صحبت كنم خوب، با چنين بياني ،سياهچاله جرم بسيار ساده اي است اما از سوي ديگر جرمي بسيار پيچيده نيز هست. آن قدر كه براي توصيف آن به قوانين عجيب و غريب فيزيك نيازمنديم و حتي در برخي از موارد اين جرم درك فيزيكي ما از عالم را به چالش مي كشد
But today, the way I want you to understand a black hole, for the proof of a black hole, is to think of it as an object whose mass is confined to zero volume. So, despite the fact that I'm going to talk to you about an object that's supermassive, and I'm going to get to what that really means in a moment, it has no finite size. So, this is a little tricky.
اما امروز روشي كه از شما مي خواهم به كمك آن يك سياهچاله را درك كنيد براي اثبات يك سياهچاله، اين است اين جرم را شيئي در نظر بگيريد كه جرمش در حجمي تقريبا معادل صفر متمركز شده باشد خوب، با وجود اينكه من دارم با شما درباره جسمي ابر پرجرم صحبت مي كنم اما در عين حال دارم به اين نتيجه مي رسم كه اين جرم فاقد اندازه است. خوب به نظر كمي نيرنگ آميز مي آيد
But fortunately there is a finite size that you can see, and that's known as the Schwarzschild radius. And that's named after the guy who recognized why it was such an important radius. This is a virtual radius, not reality; the black hole has no size. So why is it so important? It's important because it tells us that any object can become a black hole. That means you, your neighbor, your cellphone, the auditorium can become a black hole if you can figure out how to compress it down to the size of the Schwarzschild radius.
اما خوشبختانه يك اندازه مشخص در ارتباط با اين اجرام وجود دارد كه قابل ديدن است و آن را به نام شعاع شوارزشيلد مي شناسيم نام اين شعاع به فردي بر مي گردد كه اين مفهوم را ارايه كرد چرا اين شعاع عدد مهمي است؟ اين يك شعاع مجازي است و واقعي نيست. سياهچاله ها اندازه اي ندارند پس چرا اين موضوع مهم است. اهميت اين عدد در اين است كه به ما مي گويد، كه هر جسمي مي تواند به سياهچاله تبديل شود يعني خود شما،نفر بغل دستي ،گوشي تلفن همراه ، و اين سالن سخنراني مي توانند تبديل به سياهچاله شوند به شرط آنكه راهي را پيدا كنيد كه بتوانيد آنها را آن قدر فشرده كنيد كه همه جرم آنها در عد شعاع شوارزشيلدشان جمع شود
At that point, what's going to happen? At that point gravity wins. Gravity wins over all other known forces. And the object is forced to continue to collapse to an infinitely small object. And then it's a black hole. So, if I were to compress the Earth down to the size of a sugar cube, it would become a black hole, because the size of a sugar cube is its Schwarzschild radius.
خوب در آن نقطه چه اتفاقي مي افتد؟ در آن نقطه است كه گرانش پيروز مي شود گرانش بر همه نيروهاي شناخته شده ديگر برتري مي يابد و شيي مورد نظر ناچار آن قدر به رمبش خود ادامه مي دهد، تا به جرمي بي نهايت كوچك تبديل شود و در اين مرحله يك سياهچاله خواهيم داشت. خوب ،اگر من سياره زمين را به اندازه يك حبه قند كوچك كنم به سياهچاله تبديل مي شود چرا كه اندازه اين قند معادل شعاع شوارزشيلد سياره زمين است.
Now, the key here is to figure out what that Schwarzschild radius is. And it turns out that it's actually pretty simple to figure out. It depends only on the mass of the object. Bigger objects have bigger Schwarzschild radii. Smaller objects have smaller Schwarzschild radii. So, if I were to take the sun and compress it down to the scale of the University of Oxford, it would become a black hole.
اكنون، نكته كليدي اين است كه ببينيم اين شعاع شوارزشيلد چيست؟ و در واقع درك اين موضوع بسيار ساده است و تنها وابسته يه جرم يك جسم است اجرام بزرگتر و چگال تر شعاع شوارزشيلد بزرگتري دارند و اجرام كوجكتر شعاع كوچكتري دارند بنابراين اگر من خورشيد را انتخاب كنم و آن را تا ابعاد محوطه دانشگاه آكسفورد فشرده سازم به يك سياهچاله تبديل خواهد شد
So, now we know what a Schwarzschild radius is. And it's actually quite a useful concept, because it tells us not only when a black hole will form, but it also gives us the key elements for the proof of a black hole. I only need two things. I need to understand the mass of the object I'm claiming is a black hole, and what its Schwarzschild radius is. And since the mass determines the Schwarzschild radius, there is actually only one thing I really need to know.
خوب حالا مي دانيم شعاع شوارزشيلد چيست و انصافا اين مفهوم كارآمدي است چرا كه نه تنها به ما مي گويد كي يك سياهچاله شكل مي گيرد كه عناصر كليدي مورد نياز براي اثبات وجود يك سياهچاله را در اختيارمان مي گذارد من فقط دو چيز احتياج دارم بايد جرم جسمي را كه ادعا مي كنم يك سياهچاله است را بدانم و اينكه شعاع شوارزشيلد آن چقدر است و ازآنجايي كه جرم تعيين كننده شعاع شوارزشيلد است پس در واقع تنها يك چيز وجود دارد كه لازم است واقعا بدانم
So, my job in convincing you that there is a black hole is to show that there is some object that's confined to within its Schwarzschild radius. And your job today is to be skeptical. Okay, so, I'm going to talk about no ordinary black hole; I'm going to talk about supermassive black holes.
بنابراين كار من براي اينكه شما را قانع كنم كه سياهچاله اي وجود دارد اين است كه نشان دهم جرمي وجود دارد كه مي تواند درون شعاع شوارزشيلدش محدود شده باشد و كار شما امروز اين است كه در اين باره زود باور نباشيد خوب،مي خواهم در باره يك سياهچاله غير عادي صحبت كنم درباره سياهچاله اي ابر پرجرم
So, I wanted to say a few words about what an ordinary black hole is, as if there could be such a thing as an ordinary black hole. An ordinary black hole is thought to be the end state of a really massive star's life. So, if a star starts its life off with much more mass than the mass of the Sun, it's going to end its life by exploding and leaving behind these beautiful supernova remnants that we see here. And inside that supernova remnant is going to be a little black hole that has a mass roughly three times the mass of the Sun. On an astronomical scale that's a very small black hole.
خوب من مي خواستم چند كلمه اي در باره يك سياهچاله معمولي صحبت كنم البته اگر چيزي به نام سياهچاله معمولي وجود داشته باشد يك سياهچاله معمولي را آخرين مرحله زندگي يك ستاره واقعا پر جرم در نظر مي گيرند بنابراين اگر ستاره اي در آغاز زندگيش جرمي بسيار بيش از جرم خورشيد ما داشته باشد عمرش را با انفجاري بزرگ و باقي گذاشتن چنين بقاياي ابر نواختري زيبايي به پايان مي رساند و درون آن بقاياي ابرنواختري سياهچاله كوچكي شكل مي گيرد كه جرمي معادل 3 برابر جرم خورشيد دارد در مقياس هاي نجومي اين سياهچاله اي بسيار كوچك به حساب مي آيد
Now, what I want to talk about are the supermassive black holes. And the supermassive black holes are thought to reside at the center of galaxies. And this beautiful picture taken with the Hubble Space Telescope shows you that galaxies come in all shapes and sizes. There are big ones. There are little ones. Almost every object in that picture there is a galaxy. And there is a very nice spiral up in the upper left. And there are a hundred billion stars in that galaxy, just to give you a sense of scale. And all the light that we see from a typical galaxy, which is the kind of galaxies that we're seeing here, comes from the light from the stars. So, we see the galaxy because of the star light.
حالا مي خواهم در باره سياهچاله هاي ابر پرجرم صحبت كنم حدس زده مي شود كه سياهچاله هاي ابر پرجرم در مركز كهكشان ها زندگي مي كنند اين تصوير بسيار زيبا كه توسط تلسكوپ فضايي هابل گرفته شده است، كهكشان هايي در اشكال و اندازه هاي مختلف را نشان مي دهد نمونه هاي بسيار بزرگ و كوچك آنها اينجا وجود دارند تقريبا هر شي اي كه در اين تصوير مي بينيد يك كهكشان است و اينجا در اين گوشه بالا يك نمونه مارپيچي بسيار زيبا است و حدود 100 ميليارد ستاره در اين كهكشان وجود دارد بدين ترتيب شايد مقياسي در اختيار شما قرار داده باشم و تمام نورهايي كه ما از يك كهكشان معمول مي بينيم مثلا هر يك از اين كهكشان هايي كه اينجا مي بينيم از ستاره هاي اين كهكشانها منشا مي گيرد بنابراين ما يك كهكشان را به دليل نور ستاره هاي آن مي بينيم
Now, there are a few relatively exotic galaxies. I like to call these the prima donna of the galaxy world, because they are kind of show offs. And we call them active galactic nuclei. And we call them that because their nucleus, or their center, are very active. So, at the center there, that's actually where most of the starlight comes out from. And yet, what we actually see is light that can't be explained by the starlight. It's way more energetic. In fact, in a few examples it's like the ones that we're seeing here. There are also jets emanating out from the center. Again, a source of energy that's very difficult to explain if you just think that galaxies are composed of stars.
خوب، چند نوع كهكشان به نسبت عجيب و غريب وجود دارد من دوست دارم اين ها را نقش اول هاي خودنما بنامم چرا كه به نوعي خودنمايي دارند ما آنها را هسته هاي فعال كهكشاني مي ناميم چرا كه هسته هاي آنها يا مراكز آنها بسيار فعال هستند خوب در مركز آنها ،كه در حقيقت جايي است كه درخشانترين بخش كهكشان است به طوريكه ما در آنجات فقط نور مي بينيم اما اين مقدار نور نمي تواند فقط با كمك مجموع نور ستاره هاي آن منطقه توجيه شود آنجا به نوعي خيلي پر انرژي تر از اين حرف ها است در حقيقت در برخي از نمونه ها مانند اينهايي كه اينجا مي بينيم ستون هاي از جت مواد از مركز آنها به خارج كشيده شده است بار ديگر نشانه هاي از يك منبع انرژي كه با اين فرض كه كهكشان ها فقط از ستاره ها تشكيل شده اند ،توضيح آن بسيار دشوار خواهد شد
So, what people have thought is that perhaps there are supermassive black holes which matter is falling on to. So, you can't see the black hole itself, but you can convert the gravitational energy of the black hole into the light we see. So, there is the thought that maybe supermassive black holes exist at the center of galaxies. But it's a kind of indirect argument.
خوب اين همان جايي است كه برخي فكر مي كنند شايد سياهچاله اي ابر پر جرم در آن وجود داشته باشد جايي كه مواد به درون آن فرو مي ريزند خوب شما خود سياهچاله را نمي توانيد ببينيد اما شما مي توانيد انرژي گرانشي سياهچاله را به نور مريي كه قابل ديدن است تبديل كنيد بنابراين اين حدس وجود دارد كه شايد سياهچاله اي ابر پرجرم در مركز كهكشان ها وجود داشته باشد اما اين نوعي استدلال غير مستقيم است
Nonetheless, it's given rise to the notion that maybe it's not just these prima donnas that have these supermassive black holes, but rather all galaxies might harbor these supermassive black holes at their centers. And if that's the case -- and this is an example of a normal galaxy; what we see is the star light. And if there is a supermassive black hole, what we need to assume is that it's a black hole on a diet. Because that is the way to suppress the energetic phenomena that we see in active galactic nuclei.
اما با اين وجود اين مساله اين موضوع را مطرح مي كند كه شايد تنها اين نوع كهكشتان ها نباشند كه ابر سياهچاله اي درون خود دارند بلكه شايد همه سياهچاله ها ميزبان چنين ابر سياهچاله هاليي در قلب خود باشند و دراين صورت -- اين نمونه اي از يك كهكشان معمولي است كه چيزي كه از آن مي بينيم نور ستاره هاي آن است و اگر سياهچاله ابر پرجرم درون آن باشد چيزي كه لازم است فرض كنيم اين است كه اين سياهچاله در نوعي رژيم غذايي به سر مي برد چراكه اين تنها راهي است كه بتوان مانع از فعاليت عظيمي مانند پديده اي شد كه مي توانيم در قلب كهكشان هاي بسيار فعال ببنيم
If we're going to look for these stealth black holes at the center of galaxies, the best place to look is in our own galaxy, our Milky Way. And this is a wide field picture taken of the center of the Milky Way. And what we see is a line of stars. And that is because we live in a galaxy which has a flattened, disk-like structure. And we live in the middle of it, so when we look towards the center, we see this plane which defines the plane of the galaxy, or line that defines the plane of the galaxy.
اگر قرار باشد به دنبال چنين سياهچاله هاي پنهاني در مركز كهكشان ها باشيم بهترين جايي كه مي توانيم به آن نگاه كنيم ،كهكشان خودمان،راه شيري است و اين يك تصوير ميدان ديد باز است كه از مركز كهكشان راه شيري گرفته شده است و چيزي كه مي بينيم ستوني از ستاره ها است و اين به خاطر اين است كه ما در كهكشاني زندگي مي كنيم كه ساختاري تخت و قرص مانند دارد و ما در كناره آن قرار داريم و هنگامي كه به سوي مركز كهكشان نگاه مي كنيم اين صفحه را كه به نام صفحه كهكشان مي شناسيم مي بينيم و يا خطي كه صفحه كهكشان را تعريف مي كند
Now, the advantage of studying our own galaxy is it's simply the closest example of the center of a galaxy that we're ever going to have, because the next closest galaxy is 100 times further away. So, we can see far more detail in our galaxy than anyplace else. And as you'll see in a moment, the ability to see detail is key to this experiment.
مزيت مطالعه كهكشان خودمان در اين مورد به سادگي به اين دليل بر ميگردد كه نزديكترين مثال از یک مرکز کهکشان است که در اطراف خودمان داریم ، چراکه نخستین کهکشان نزدیک بعدی 100 برابر دورتر از ما قرار دارد بنابراین ما می توانیم جزییات بیشتری در کهکشان خودمان نسبت به هر کهکشان دیگری ببینیم و همانطور که خواهید دید ، توانایی دیدن جزییات کلیدی برای این تجربه و آزمایش است
So, how do astronomers prove that there is a lot of mass inside a small volume? Which is the job that I have to show you today. And the tool that we use is to watch the way stars orbit the black hole. Stars will orbit the black hole in the very same way that planets orbit the sun. It's the gravitational pull that makes these things orbit. If there were no massive objects these things would go flying off, or at least go at a much slower rate because all that determines how they go around is how much mass is inside its orbit.
خوب دانشمندان چطور مشخص می کنند که جرم بسیار زیادی درآنجا وجود دارد که در حجم اندکی گرد آمده است؟ این همان کاری است که باید روش آن را امروز به شما نشان دهم و ابزاری که برای این کار استفاده می کنیم نگاه کردن به ستاره هایی است که در اطراف این سیاهچاله می گردند ستاره ها به همان روشی دور یک سیاهچاله می گردند که سیارات خورشید را دور می زنند این کشش گرانشی است که باعث گردش چیزی در یک مدار می شود اگر جسم پر جرمی وجود نداشته باشد این اجرام به مسیر خود ادامه می دادند و یا حداقل سرعت حرکت بسیار پایین تری می داشتند تنها چیزی که نحوه حرکت این اجرام را تعیین می کند این است که چه مقدار جرم در مرکز مدار این اجرام قرار دارد
So, this is great, because remember my job is to show there is a lot of mass inside a small volume. So, if I know how fast it goes around, I know the mass. And if I know the scale of the orbit I know the radius. So, I want to see the stars that are as close to the center of the galaxy as possible. Because I want to show there is a mass inside as small a region as possible. So, this means that I want to see a lot of detail. And that's the reason that for this experiment we've used the world's largest telescope.
خوب این فوق العاده است ، چون اگر به یاد داشته باشید کار من این است که نشان دهم مقدار زیادی جرم در فضای کوچکی آنجا قرار دارد خوب اگر من بدانم این اجرام چقدر سریع حرکت می کنند، جرم را نیز خواهم دانست و اگر مقیاسی از مدارها داشته باشم ، شعاع آنها را خواهم داشت خوب، من می خواهم ستاره هایی را ببینم که تا حد امکان به مرکز کهکشان ما نزدیک باشند چرا که می خواهم نشان دهم جرمی در فضای تا حد ممکن کوچکی وجود دارد خوب این بدین معنی است که می خواهم جزییات زیادی را در این ناحیه ببینم و این همان دلیلی است که برای این تجربه و آزمایش ما از بزرگترین تلسکوپ جهان استفاده می کنیم
This is the Keck observatory. It hosts two telescopes with a mirror 10 meters, which is roughly the diameter of a tennis court. Now, this is wonderful, because the campaign promise of large telescopes is that is that the bigger the telescope, the smaller the detail that we can see. But it turns out these telescopes, or any telescope on the ground has had a little bit of a challenge living up to this campaign promise. And that is because of the atmosphere. Atmosphere is great for us; it allows us to survive here on Earth. But it's relatively challenging for astronomers who want to look through the atmosphere to astronomical sources.
این رصدخانه کک است ، این رصدخانه دو تلسکوپ دارد که هر یک از آنها آینه ای با قطر تقریبی 10 متر دارند قطری معادل عرض یک زمین تنیس خوب، این خیلی عالیه چراکه ویژگی مهم وعده داده شده در باره تلسکوپهای بزرگ این است که هرچه تلسکوپ بزرگتر باشد جزییات بیشتری را می توانیم ببینیم اما زمانی که درباره این تلسکوپ ها یا هر تلسکوپ دیگری روی زمین صحبت می کنیم چالشی در برابر این وعده سر بلند می کند و این چالش به دلیل وجود جو زمین است جو برای ما بسیار عالی است ،به ما اجازه می دهد که روی زمین زنده بمانیم و به بقای خود ادامه دهیم اما جو برای منجمان به نوعی چالش به حساب می آید کسانی که باید از درون جو به منابع نجومی نگاه کنند
So, to give you a sense of what this is like, it's actually like looking at a pebble at the bottom of a stream. Looking at the pebble on the bottom of the stream, the stream is continuously moving and turbulent, and that makes it very difficult to see the pebble on the bottom of the stream. Very much in the same way, it's very difficult to see astronomical sources, because of the atmosphere that's continuously moving by.
خوب برای اینکه درکی از موضع داشته باشید که این موردشبیه چیست بايد بگويم واقعا این شبیه آن است که به دانه شنی در زیر جریان آب نگاه کنید به دانه شنی در زیر جریان آب مثلا رودخانه نگاه می کنید این جریان آب به طور مداوم حرکت می کند و دچار اغتشاش می شود و همین مساله دیدن آن دانه شن را در بستر رودخانه با مشکل مواجه می کند خوب در مورد جو زمين نيز داستان خیلی شبیه به این موضوع و خیلی دشوار است زمانی که به منابع نجومی نگاه می کنید ، چرا که جو ما به طور دایم در حال حرکت است
So, I've spent a lot of my career working on ways to correct for the atmosphere, to give us a cleaner view. And that buys us about a factor of 20. And I think all of you can agree that if you can figure out how to improve life by a factor of 20, you've probably improved your lifestyle by a lot, say your salary, you'd notice, or your kids, you'd notice.
بنابراین من بخش عمده ای از زنگی حرفه ایم را به کار روی روش هایی اختصاص دادم که این تاثیر جو را اصلاح کرده و دید تمیز تری در اختیار ما قرار دهد و این کار باعث می شود به کیفیتی 20 برابر بهتر برسیم و فکر می کنم همه شما موافق باشید که اگر ما بتوانیم راهی پیدا کنیم که چگونه زندگی خود را 20 برابر ارتقا دهیم ناچار خواهید بود که سبک زندگی خود را نیز مقدار زیادی تغییر دهید مثلا حقوق شما،باید مورد توجه قرار گیرد یا فرزندانتان باید مورد توجه دیگری قرار گیرند
And this animation here shows you one example of the techniques that we use, called adaptive optics. You're seeing an animation that goes between an example of what you would see if you don't use this technique -- in other words, just a picture that shows the stars -- and the box is centered on the center of the galaxy, where we think the black hole is. So, without this technology you can't see the stars. With this technology all of a sudden you can see it. This technology works by introducing a mirror into the telescope optics system that's continuously changing to counteract what the atmosphere is doing to you. So, it's kind of like very fancy eyeglasses for your telescope.
و این انیمیشن به شما مثالی در باره تکنیک هایی را نشان می دهد که ما به آن اپتیک سازگار می گوییم شما در این انیمیشن تفاوت را می بینید مثالی از آنچه شما بدون استفاده از این تکنیک می بینید به عبارت دیگر تصویری که فقط ستاره ها را نشان می دهد و مربع ،مرکز کهکشان را نشان می دهد جایی که ما فکر می کنیم سیاهچاله وجود دارد خوب بدون این فناوری شما ستاره ها را نمی توانید ببینید اما با این فناوری ناگهان شما قادر به دیدن آنها می شوید این فناوری با به کار گیری یک آینه کار می کند که درون سیستم اپتیکی تلسکوپ قرار داده شده است این آینه مداوم تغییر می کند تا تغییراتی را که به طور مشابه در جو وجود دارد را خنثی کند خوب، این نوعی عینک فرضی خاص برای تلسکوپ شما است
Now, in the next few slides I'm just going to focus on that little square there. So, we're only going to look at the stars inside that small square, although we've looked at all of them. So, I want to see how these things have moved. And over the course of this experiment, these stars have moved a tremendous amount. So, we've been doing this experiment for 15 years, and we see the stars go all the way around.
اکنون در چند اسلاید بعدی من می خواهم روی آن مربع کوچک آنجا تمرکز کنم خوب، ما داریم تنها به ستاره های درون آن مربع کوچک نگاه می کنیم اگرچه ما داریم به همه آنها نگاه می کنیم خوب، من می خواهم ببینم آنها چطور حرکت می کنند و با توجه به موضوع این آزمایش این ستاره ها باید جابجایی زیادی داشته باشند خوب، ما این آزمایش را برای 15 سال دنبال کردیم و می بینیم که ستاره ها در حال حرکتند
Now, most astronomers have a favorite star, and mine today is a star that's labeled up there, SO-2. Absolutely my favorite star in the world. And that's because it goes around in only 15 years. And to give you a sense of how short that is, the sun takes 200 million years to go around the center of the galaxy. Stars that we knew about before, that were as close to the center of the galaxy as possible, take 500 years. And this one, this one goes around in a human lifetime. That's kind of profound, in a way.
اکنون تقریبا هر ستاره شناسی یک ستاره محبوب دارد و ستاره محبوب امروز من ستاره ای است که اینجا به نام SO-2 مشخص شده است به طور قطع محبوب ترین ستاره من در تمام جهان و علتش هم این است که هر15 سال یک دور میزند. و برای اینکه به شما درکی از میزان اندکی این مقدار بدهم برای خورشید ما 200 میلیون سال طول می کشد تا به دور مرکز کهکشانمان بچرخد ستاره هایی که پیش از این درباره آنها می دانستیم و تا حد امکان به مرکز کهکشان نزدیک بودند حدود 500 سال طول می کشید تا مرکز را دور بزنند و این یکی این یکی در طول مدت زندگی یک نفر این کار را می کند به نوعی می شود گفت در ژرفا قرار گرفته است
But it's the key to this experiment. The orbit tells me how much mass is inside a very small radius. So, next we see a picture here that shows you before this experiment the size to which we could confine the mass of the center of the galaxy. What we knew before is that there was four million times the mass of the sun inside that circle. And as you can see, there was a lot of other stuff inside that circle. You can see a lot of stars. So, there was actually lots of alternatives to the idea that there was a supermassive black hole at the center of the galaxy, because you could put a lot of stuff in there.
اما برای آزمون ما عنصری کلیدی به شمار می رود . مدار آن به ما می گوید چقدر جرم درون آن در شعاعی بسیار کوچک قرار گرفته است خوب، چیزی که بعد می بینیم تصویری در اینجا است که به شما نشان می دهد پیش از آزمایش اخیرمان ، چه اندازه ای را می توانستیم برای جرم مرکز کهکشان تخمین بزنیم چیزی که ما پیش از این می دانستیم حدود 4 میلیون برابر جرم خورشید مان درون این دایره بود و همانطور که می توانید ببینید چیزهای خیلی زیاد دیگری درون آن دایره وجود دارند شما می توانید ستاره های زیادی را ببینید خوب، درواقع جایگزین های بسیاری برای این ایده که یک سیاهچاله ابر پرجم آنجا وجود در مرکز کهکشان وجود دارد ،وجود داشت چراکه چیزهای زیادی را می توانستید آنجا قرار دهید
But with this experiment, we've confined that same mass to a much smaller volume that's 10,000 times smaller. And because of that, we've been able to show that there is a supermassive black hole there. To give you a sense of how small that size is, that's the size of our solar system. So, we're cramming four million times the mass of the sun into that small volume.
اما با کمک این آزمایش ما تایید کردیم که همان جرم در جایی بسیار کوچکتر واقع شده است در واقع 10 هزار برابر کوچکتر و به همین دلیل ما توانستیم نشان دهیم که آنجه یک سیاهچاله ابر پرجم وجود دارد برای اینکه درکی از کوچکی اندازه آن داشته باشید این اندازه منظومه شمسی ما است خوب، ما 4 میلیون برابر جرم خورشید را در آن فضا کوچک جای داده ایم
Now, truth in advertising. Right? I have told you my job is to get it down to the Schwarzchild radius. And the truth is, I'm not quite there. But we actually have no alternative today to explaining this concentration of mass. And, in fact, it's the best evidence we have to date for not only existence of a supermassive black hole at the center of our own galaxy, but any in our universe. So, what next? I actually think this is about as good as we're going to do with today's technology, so let's move on with the problem.
خوب ، حقیقت در تبلیغات است درست است ؟ من به شما گفته بودم کار من این است که این ابعاد را تا شعاع شوارزشیلد کاهش دهم و حقیقت این است که من دقیقا به آنجا نرسیده ام اما ما در واقع امروز هیچ جایگزینی نداریم که این تراکم جرم را توضیح دهد و در واقع این بهترین مدرک تا امروز است که نه تنها نشان دهنده سیاهچاله ابر پرجرمی در مرکز کهکشان خودمان است که مبنی بر وجود آن ها در جهان است خوب، قدم بعدی چیست؟ من واقعا فکر می کنم این تقریبا تا اندازه ای که فناوری امروز ما اجاز می دهد خوب است خوب پس بیایید در این مساله پیش برویم
So, what I want to tell you, very briefly, is a few examples of the excitement of what we can do today at the center of the galaxy, now that we know that there is, or at least we believe, that there is a supermassive black hole there. And the fun phase of this experiment is, while we've tested some of our ideas about the consequences of a supermassive black hole being at the center of our galaxy, almost every single one has been inconsistent with what we actually see. And that's the fun.
خوب، چیزی که من می خواهم به شما بگویم به طور خیلی خلاصه چند مورد مثال درباره کارهای هیجان انگیزی که می توانیم امروزه در مرکز راه کهکشانانجام دهيم جايي که اکنون می دانیم آن سیاهچاله آن جا است، یا حداقل اعتقاد داریم که سیاهچاله ای ابر پرجرمی در آن جا وجود دارد و بخش سرگرم کننده این آزمایش این است که درحالی که ما در حال آزمودن حدس هایمان درباره نتایج وجود یک سیاهچاله ابر پرجرم که در مرکز کهکشان وجود دارد بودیم تقریبا همه آنها با آنچه ما واقعا می دیدیم در تضاد بود و این سرگرم کننده است
So, let me give you the two examples. You can ask, "What do you expect for the old stars, stars that have been around the center of the galaxy for a long time, they've had plenty of time to interact with the black hole." What you expect there is that old stars should be very clustered around the black hole. You should see a lot of old stars next to that black hole.
خوب، بگذدارید 2 مثال به شما ارایه کنم شما می توانید بپرسید، چه انتظاری از ستاره های سالخورده دارید، ستاره هایی که به دور مرکز کهکشان برای مدتی طولانی چرخیده اند و زمان طولانی برای واکنش با سیاهچاله مرکزی در اختیار داشته اند؟ چیزی که شما از این ستاره های پیر انتظار دارید این است که در اطراف سیاهچاله به صورتی فشرده قرار گرفته باشند شما باید تعداد زیادی ستاره سالخورده را درست در کناره سیاهچاله ببینید
Likewise, for the young stars, or in contrast, the young stars, they just should not be there. A black hole does not make a kind neighbor to a stellar nursery. To get a star to form, you need a big ball of gas and dust to collapse. And it's a very fragile entity. And what does the big black hole do? It strips that gas cloud apart. It pulls much stronger on one side than the other and the cloud is stripped apart. In fact, we anticipated that star formation shouldn't proceed in that environment.
برخلاف ان برای ستاره های جوان انتظار دارید یعنی ستاره های جوان نباید آنجا باشند یک سیاهچاله نمی تواند همسابه مهربانی برای یک پرورشگاه ستاره ای باشد برای اینکه ستاره ای شکل بگیرد ، شما نیازمند ابر بزرگی از گاز و غبار هستید تا متراکم شوند و این ساختاری بسیار شکننده است و یک سیاهچاله بسیار بزرگ چه کار می کند؟ ابر گازی شما را تکه پاره می کند و بر بخشی که به خودش نزدیک تر است نیروی بیشتری وارد می کند و ابر از هم می پاشد در حقیقت ما انتظار داریم تولد ستاره ها نباید دراین فضا رخ بدهد
So, you shouldn't see young stars. So, what do we see? Using observations that are not the ones I've shown you today, we can actually figure out which ones are old and which ones are young. The old ones are red. The young ones are blue. And the yellow ones, we don't know yet. So, you can already see the surprise. There is a dearth of old stars. There is an abundance of young stars, so it's the exact opposite of the prediction.
خوب، شما نباید ستاره های جوان را در آنجا ببینید خوب ما چی می بینیم؟ با کمک رصدهایی متفاوت از آنچه من امروز به شما نشان دادم ما واقعا می توانیم بفهمیم کدام یک از ستاره ها پیر و کدام ها جوان هستند پیر تر ها قرمزند جوان تر ها آبی رنگند. و زرد رنگ ها هنوز نمی دانیم خوب، شما می توانید شگفتی را ببینید اینجا ستاره های پیر نایابند اینجا فراوانی از ستراه های جوان وجود دارد که دقیقا برخلاف انتظار ما است
So, this is the fun part. And in fact, today, this is what we're trying to figure out, this mystery of how do you get -- how do you resolve this contradiction. So, in fact, my graduate students are, at this very moment, today, at the telescope, in Hawaii, making observations to get us hopefully to the next stage, where we can address this question of why are there so many young stars, and so few old stars. To make further progress we really need to look at the orbits of stars that are much further away. To do that we'll probably need much more sophisticated technology than we have today.
خوب ، این بخش جالب ماجرا است و در واقع امروز این چیزی است که ما سعی در درک آن داریم این راز که چگونه می خواهید چطور می خواهید تضاد آن را بر طرف کنید خوب، در واقع دانشجویان فارغ التحصیل من در همین لحظه و امروز در حال رصد با تلسکوپ های هاوایی هستند و امیدواریم ما را به مرحله بعدی وارد کنند جایی که بتوانیم به این پرسش پاسخ دهیم که چرا تعداد زیادی ستاره جوان آنجا هست و تعداد کمی ستاره پیر برای ساختن روندهای بعدی چیزی که به آن نیاز داریم این است که به مدارهای ستاره های دورتری نگاه کنیم برای این کار ما احتمالا نیازمند فناوری های بسیار بسیار چشمگیرتری از آنچه امروز داریم هستیم
Because, in truth, while I said we're correcting for the Earth's atmosphere, we actually only correct for half the errors that are introduced. We do this by shooting a laser up into the atmosphere, and what we think we can do is if we shine a few more that we can correct the rest. So this is what we hope to do in the next few years. And on a much longer time scale, what we hope to do is build even larger telescopes, because, remember, bigger is better in astronomy.
چرا که در واقع درحالیکه من گفتم که ما خطاهای ناشی از جو زمین را اصلاح کرده ایم اما ما درواقع تنها نیمی از خطاهای شناخته شده را رفع کرده ایم ما این کار را با تاباندن پرتوی اشعه لیزری به جو زمین انجام داده ایم و کاری که فکر می کنیم می توانیم انجام دهیم این است که اگر ما چندین پرتو دیگر بتوانیم بتابانیم بقیه خطاها را هم اصلاح خواهیم کرد خوب، این چیزی است که ما امیدواریم در چند سال آینده انجام دهیم و در بازه زمانی طولانی تر چیزی که امیدواریم انجامش دهیم ساختن تلسکوپ های بزرگتری است چرا که به خاطر داشته باشید در نجوم ، بزرگتر بهتر است
So, we want to build a 30 meter telescope. And with this telescope we should be able to see stars that are even closer to the center of the galaxy. And we hope to be able to test some of Einstein's theories of general relativity, some ideas in cosmology about how galaxies form. So, we think the future of this experiment is quite exciting.
خوب، ما می خواهیم تلسکوپی 30 متری بسازیم و با این تلسکوپ ما باید بتوانیم ستاره های حتی نزدیکتری به مرکز کهکشان را مشاهده کنیم و امیدواریم بتوانیم برخی از نظریه های انیشتین در باره نسبیت عام را تست کنیم همینطور برخی از ایده های موجود در کیهان شناسی درباره چگونگی پیدایش کهکشان ها خوب، ما فکر می کنیم آینده این آزمایش بسیار هیجان انگیز خواهد بود
So, in conclusion, I'm going to show you an animation that basically shows you how these orbits have been moving, in three dimensions. And I hope, if nothing else, I've convinced you that, one, we do in fact have a supermassive black hole at the center of the galaxy. And this means that these things do exist in our universe, and we have to contend with this, we have to explain how you can get these objects in our physical world.
پس ، برای نتیجه گیری، می خواهم یک انیمیشن به شما نشان دهم که به شما نشان می دهد به طور اساسی چگونه این مدارها به شکل 3 بعدی جرکت می کنند و امیدوارم حداقل شما را قانع کرده باشم ، که ما در واقع یک سیاهچاله ابر پرجرم در مرکز کهشکان راه شیری داریم و این بدین معنی است که این موجودات در جاهای دیگر عالم هم وجود دارند و با چنین ادعایی ما باید توضیح دهیم چطور می توانید چنین اجرامی در جهان فیزیکی ما گیر بیاندازید
Second, we've been able to look at that interaction of how supermassive black holes interact, and understand, maybe, the role in which they play in shaping what galaxies are, and how they work.
دوم ، ما باید قادر باشیم تا به اندرکنش های انها نگاه کنیم که چکونه یک سیاهچاله ابر پرجرم رفتار می کند و شاید بفهمیم چه نقشی را آنها در شکل دادن به کهکشان ها بازی کرده اند و چطور عمل می کنند
And last but not least, none of this would have happened without the advent of the tremendous progress that's been made on the technology front. And we think that this is a field that is moving incredibly fast, and holds a lot in store for the future. Thanks very much. (Applause)
و نکته آخر ولی نه کم اهمیت این که هیچ کدام از این ها رخ نخواهد داد بدون آنکه پیشرفت فوق العاده ای در مرزهای فناوری های موجودبه ظهور برسد و ما فکر می کنیم این حوزه ای است که به سرعت در حال پیشرفت است و چیزهای بسیاری را برای آینده در دستان خود نگاه داشته است بسیار متشکرم (نشویق)