كريس أندرسون: شكرًا جزيلًا على حضورك، شيب. أعتقد أن طائرتك قد هبطت منذ ساعتين حرفيًا في فانكوفر. إنه لمن الممتع تواجدك معنا. حدِّثنا إذًا عن كيف ننتقل من معادلات أينشتاين إلى الثقب الأسود؟
Chris Anderson: Shep, thank you so much for coming. I think your plane landed literally two hours ago in Vancouver. Such a treat to have you. So, talk us through how do you get from Einstein's equation to a black hole?
شيبرد دويلمان: قبل أكثر من مائة عام، توصل أينشتاين إلى نظرية النسبية العامة التي تُغيِّر شكل الزمكان. إذًا تُغيِّر المادة شكل الزمكان، وفي المقابل يخبر الزمكان المادة كيف تتحرك حوله. ويمكن إدخال ما يكفي من المادة إلى منطقة صغيرة بما يكفي فتثقب الزمكان، ولا يمكن حتى للضوء أن يفلت، تحتجز قوة الجاذبية الضوء في الداخل.
Sheperd Doeleman: Over 100 years ago, Einstein came up with this geometric theory of gravity which deforms space-time. So, matter deforms space-time, and then space-time tells matter in turn how to move around it. And you can get enough matter into a small enough region that it punctures space-time, and that even light can't escape, the force of gravity keeps even light inside.
أندرسون: إذًا، وقبل هذا، فإن سبب دوران الأرض حول الشمس ليس لأن الشمس تجذب الأرض كما نعتقد، بل لأنها غيرت شكل الفضاء مما جعلنا نوعًا ما نسقط حول الشمس.
CA: And so, before that, the reason the Earth moves around the Sun is not because the Sun is pulling the Earth as we think, but it's literally changed the shape of space so that we just sort of fall around the Sun.
ش.د: بالضبط، إن هندسة الزمكان تخبر الأرض كيف تتحرك حول الشمس. يمكننا تقريبًا رؤية ثقب أسود يخترق الزمكان، وحين يجتاز عمقًا كبيرًا، نصل إلى مرحلة يدور عندها الضوء حول الثقب الأسود.
SD: Exactly, the geometry of space-time tells the Earth how to move around the Sun. You're almost seeing a black hole puncture through space-time, and when it goes so deeply in, then there's a point at which light orbits the black hole.
ك.أ: وأعتقد أن هذا هو ما يحصل هنا. هذه ليست صورة، هذه محاكاة بالحاسوب لما كنا نتصور دائمًا على أنه أفق الحدث.
CA: And so that's, I guess, is what's happening here. This is not an image, this is a computer simulation of what we always thought, like, the event horizon around the black hole.
ش.د: حتى الأسبوع الماضي، لم تكن لدينا أي فكرة حول شكل الثقب الأسود. كانت أقصى تصوراتنا مختزلة في محاكاة مثل هذه باستخدام حواسيب فائقة، لكن حتى هنا، يمكننا أن نرى حلقة من الضوء، وهي مدار الفوتونات. حيث تدور الفوتونات حول الثقب الأسود، وحولها يوجد غاز حارّ يُجذب نحو الثقب الأسود، وهو حارّ بسبب الاحتكاك. كل هذا الغاز يحاول الدخول إلى حجم صغير جدًا، مما يزيد من حرارته.
SD: Until last week, we had no idea what a black hole really looked like. The best we could do were simulations like this in supercomputers, but even here you see this ring of light, which is the orbit of photons. That's where photons literally move around the black hole, and around that is this hot gas that's drawn to the black hole, and it's hot because of friction. All this gas is trying to get into a very small volume, so it heats up.
ك.أ: منذ بضع سنوات، باشرت هذه المهمة لمحاولة تصوير أحد هذه الأشياء. وأظن أنك التقطت صورة... ركزت على هذه المجرة هناك. أخبرنا عن هذه المجرة.
CA: A few years ago, you embarked on this mission to try and actually image one of these things. And I guess you took -- you focused on this galaxy way out there. Tell us about this galaxy.
ش.د: هذه هي المجرة... سنكبّر صورة المجرة مسييه 87، التي تبعد ب55 مليون سنة ضوئية.
SD: This is the galaxy -- we're going to zoom into the galaxy M87, it's 55 million light-years away.
ك.أ: 55 مليون.
CA: Fifty-five million.
ش.د: هي مسافة طويلة جدًّا. وفي قلبها، يوجد ثقب أسود ذو 6,5 مليار كتلة شمسية. من الصعب تخيل أمر كهذا، أليس كذلك؟ 6,5 مليار شمس مختزلة في نقطة واحدة بسب الضغط. وهي تتحكم في بعض الطاقات المركزية لهذه المجرة.
SD: Which is a long way. And at its heart, there's a six-and-a-half-billion- solar-mass black hole. That's hard for us to really fathom, right? Six and a half billion suns compressed into a single point. And it's governing some of the energetics of the center of this galaxy.
ك.أ: لكن وبالرغم من أن هذا الشيء ضخم جدًّا، لأنه بعيد جدًّا، فمجرد أن تحلم بالتقاط صورة له، هو أمر صعب جدًّا. ستحتاج لدقة هائلة.
CA: But even though that thing is so huge, because it's so far away, to actually dream of getting an image of it, that's incredibly hard. The resolution would be incredible that you need.
ش.د: الثقوب السوداء هي أصغر أجسام في الكون. لكن لها تأثيرات لا محدودة على مجرات بأكملها. لكن لرؤية أحدها، ستحتاج لبناء تلسكوب بحجم الأرض، لأن الثقب الأسود الذي ننظر إليه تنبعث منه موجات إشعاعية وفيرة. وهو يبعثها باستمرار.
SD: Black holes are the smallest objects in the known universe. But they have these outsize effects on whole galaxies. But to see one, you would need to build a telescope as large as the Earth, because the black hole that we're looking at gives off copious radio waves. It's emitting all the time.
ك.أ: وهذا هو ما فعلتَه بالضبط.
CA: And that's exactly what you did.
ش.د: بالضبط. ما ترونه هنا استخدمنا تلسكوبات في جميع أنحاء الأرض، وضبطنا تزامنها بدقة باستخدام ساعات ذرية، بحيث تستقبل الموجات الضوئية من هذا الثقب الأسود، وبعدها ربطنا كل هذه البيانات مع بعضها لتشكيل صورة.
SD: Exactly. What you're seeing here is we used telescopes all around the world, we synchronized them perfectly with atomic clocks, so they received the light waves from this black hole, and then we stitched all of that data together to make an image.
ك.أ: للقيام بهذا، كان لا بد للجو أن يكون مناسبًا في هذه الأماكن كلها في نفس الوقت، حتى تحصلوا على صورة واضحة.
CA: To do that the weather had to be right in all of those locations at the same time, so you could actually get a clear view.
ش.د: كان يجب أن يكون الحظ حليفنا في أمورة عديدة. وأحيانًا، يُفضل أن تكون محظوظًا على أن تكون جيدًا. في هذه الحالة، حظينا بالاثنين معًا على ما أعتقد. لكن كان لا بد للضوء أن يصدر من الثقب الأسود. كان عليه أن ينبعث عبر الفضاء بين المجرات، عبر الغلاف الجوي للأرض، حيث يمكن لبخار الماء امتصاصه، وكان كل شيء يعمل بشكل جيد، كان حجم الأرض في ذلك الطول الموجي للضوء، الذي يبلغ ميليمترًا واحدًا، مناسبًا تمامًا لرؤية ذلك الثقب الأسود الذي يبعد ب55 مليون سنة ضوئية. كان الكون يخبرنا بما علينا فعله.
SD: We had to get lucky in a lot of different ways. And sometimes, it's better to be lucky than good. In this case, we were both, I like to think. But light had to come from the black hole. It had to come through intergalactic space, through the Earth's atmosphere, where water vapor can absorb it, and everything worked out perfectly, the size of the Earth at that wavelength of light, one millimeter wavelength, was just right to resolve that black hole, 55 million light-years away. The universe was telling us what to do.
ك.أ: وبذلك بدأتم بجمع كميات هائلة من البيانات. أظن أن هذه هي نصف البيانات من تلسكوب واحد فقط.
CA: So you started capturing huge amounts of data. I think this is like half the data from just one telescope.
ش.د: أجل، هذه هو أحد أعضاء فريقنا، ليندي بلاكبورن، وبرفقته نصف البيانات التي جُمعت بالتلسكوب الميليمتري الكبير، المتواجد فوق جبل بالمكسيك ذو علوّ 4500 متر. تُشكل هذه البيانات حوالي نصف بيتابايت. أي ما يعادل مجموع صور السيلفي التي يلتقطها 5000 شخص طيلة حياتهم.
SD: Yeah, this is one of the members of our team, Lindy Blackburn, and he's sitting with half the data recorded at the Large Millimeter Telescope, which is atop a 15,000-foot mountain in Mexico. And what he's holding there is about half a petabyte. Which, to put it in terms that we might understand, it's about 5,000 people's lifetime selfie budget.
(ضحك)
(Laughter)
ك.أ: هذا قدر كبير من البيانات. وقد شُحنت كلها، لم يكن ممكنًا إرسالها عبر الإنترنت. شُحنت كل هذه البيانات لمكان واحد وانكبت الجهود المعلوماتية على محاولة تحليلها. ولم تكونوا على معرفة تامة بالنتائج التي ستحصلون عليها.
CA: It's a lot of data. So this was all shipped, you couldn't send this over the internet. All this data was shipped to one place and the massive computer effort began to try and analyze it. And you didn't really know what you were going to see coming out of this.
ش.د: إن طريقة عمل هذه التقنية التي استعملناها... تخيلوا معي أن تأخذوا مرآة بصرية وتسحقونها وتضعون الشظايا في أماكن مختلفة. إن طريقة عمل مرآة عادية هي أن أشعة الضوء تنعكس من على السطح، وهذا ممتاز، ثم تجتمع في نقطة معينة في نفس الوقت. نحن نأخذ كل هذه التسجيلات، وننظمها بدقة ساعة ذرية، باستخدام حواسيب خارقة. ثم نعيد صنع ما يشبه عدسة بحجم الأرض. والطريقة الوحيدة لفعل ذلك هي إحضار البيانات باستخدام الطائرة. لا يمكن مجابهة قدرة طائرة بوينغ 747 محمّلة بأقراص صلبة.
SD: The way this technique works that we used -- imagine taking an optical mirror and smashing it and putting all the shards in different places. The way a normal mirror works is the light rays bounce off the surface, which is perfect, and they focus in a certain point at the same time. We take all these recordings, and with atomic clock precision we align them perfectly, later in a supercomputer. And we recreate kind of an Earth-sized lens. And the only way to do that is to bring the data back by plane. You can't beat the bandwidth of a 747 filled with hard discs.
(ضحك)
(Laughter)
ك.أ: أظن أنه وقبل بضعة أسابيع أو أشهر، على شاشة حاسوب في مكان ما، بدأت هذه الصورة تتضح. هذه اللحظة.
CA: And so, I guess a few weeks or a few months ago, on a computer screen somewhere, this started to come into view. This moment.
ش.د: في الحقيقة، لقد تطلب الأمر وقتًا أطول.
SD: Well, it took a long time.
ك.أ: انظروا إلى هذا. هذه هي. إنها الصورة الأولى.
CA: I mean, look at this. That was it. That was the first image.
(تصفيق)
(Applause)
أخبرنا إذًا عما نراه هناك.
So tell us what we're really looking at there.
ش.د: ما زلت أحبها.
SD: I still love it.
(ضحك)
(Laughter)
ما ترونه هو آخر مدار من الفوتونات. ما ترونه هو نظرية أينشتاين في أبهى تجلياتها. الثقب في الزمكان عميق جدًّا لدرجة أن الضوء يدور حول المدار، حتى يتمكن الضوء الموجود وراء الثقب الأسود، كما سنرى بعد قليل، من التحرك والقدوم باتجاهنا في هذه الخطوط المتوازية على هذا المدار بالضبط. اتضح أن هذا المدار هو جذر مربع 27 ضرب بعض الثوابت الأساسية. هذا أمر مدهش حين نتصوره.
So what you're seeing is that last orbit of photons. You're seeing Einstein's geometry laid bare. The puncture in space-time is so deep that light moves around in orbit, so that light behind the black hole, as I think we'll see soon, moves around and comes to us on these parallel lines at exactly that orbit. It turns out, that orbit is the square root of 27 times just a handful of fundamental constants. It's extraordinary when you think about it.
ك.أ: حين... حين فكرتُ مبدئيًا في الثقوب السوداء، تصورت أنها هي أفق الحدث، حيث الكثير من المادة والضوء تدور بسرعة على هذا الشكل. ولكن الأمر أكثر تعقيدًا من ذلك. حسنًا، حدثنا عن هذا الرسم المتحرك، حيث ينحرف الضوء بسبب الثقب الاسود.
CA: When ... In my head, initially, when I thought of black holes, I'm thinking that is the event horizon, there's lots of matter and light whirling around in that shape. But it's actually more complicated than that. Well, talk us through this animation, because it's light being lensed around it.
ش.د: سترون هنا أن بعض الضوء خلفه ينحرف، وبعض الضوء يدور بشكل حلقي حول مدار الثقب الأسود بأكمله. ولكن حين يكون ما يكفي من الضوء القادم من الغاز الحار الذي يدور حول الثقب الأسود، يمكننا أن نرى كل هذه الأشعة الضوئية المجتمعة على هذه الشاشة، التي تمثل مكان تواجدنا. وأنتم ترون هنا بداية تشكّل هذه الحلقة. وهذا هو ما تنبأ به أينشتاين قبل أكثر من 100 عام.
SD: You'll see here that some light from behind it gets lensed, and some light does a loop-the-loop around the entire orbit of the black hole. But when you get enough light from all this hot gas swirling around the black hole, then you wind up seeing all of these light rays come together on this screen, which is a stand-in for where you and I are. And you see the definition of this ring begin to come into shape. And that's what Einstein predicted over 100 years ago.
ك.أ: هذا رائع. حدثنا أكثر عن ما نراه هنا بالضبط. بادئ ذي بدء، لماذا يوجد جزء أكثر لمعانًا من البقية؟
CA: Yeah, that is amazing. So tell us more about what we're actually looking at here. First of all, why is part of it brighter than the rest?
ش.د: ما يحدث هنا هو أن الثقب الأسود يدور. مما يجعل بعضًا من ذلك الغاز يتحرك صوبنا من الأسفل ويبتعد عنا من الأعلى. وتمامًا كما يرتفع صوت صافرة القطار القادم باتجاهك، توجد طاقة في الغاز القادم صوبنا أكبر من نظيرتها الموجودة في الغاز المبتعد عنا. أنتم ترون أن الجزء السفلي هنا أكثر لمعانًا لأن الضوء يندفع باتجاهنا.
SD: So what's happening is that the black hole is spinning. And you wind up with some of the gas moving towards us below and receding from us on the top. And just as the train whistle has a higher pitch when it's coming towards you, there's more energy from the gas coming towards us than going away from us. You see the bottom part brighter because the light is actually being boosted in our direction.
ك.أ: وكم يبلغ حجمه الفيزيائي؟
CA: And how physically big is that?
ش.د: يمكن ضم نظامنا الشمسي بأكمله داخل تلك المنطقة المظلمة. وتلك المنطقة المظلمة هي ما يميز أفق الحدث. إن سبب عدم رؤيتنا للضوء القادم من هناك، هو أن الضوء الذي يمكن أن يأتي إلينا من ذلك المكان قد ابتلعه أفق الحدث وهذه هي خلاصة الأمر.
SD: Our entire solar system would fit well within that dark region. And if I may, that dark region is the signature of the event horizon. The reason we don't see light from there, is that the light that would come to us from that place was swallowed by the event horizon. So that -- that's it.
ك.أ: إذًا حين نفكر في ثقب أسود، فإننا نتصور هذه الأشعة الهائلة المنبعثة منه، والمصوبة نحونا بالضبط. لماذا لا نستطيع رؤيتها؟
CA: And so when we think of a black hole, you think of these huge rays jetting out of it, which are pointed directly in our direction. Why don't we see them?
ش.د: هذا ثقب أسود قوي. ليس بالمعايير الكونية، ومع ذلك فهو قوي، نحن نفكر أن التدفقات تنبع من القطبين الشمالي والجنوبي لهذا الثقب الأسود. نحن قريبون جدًّا مما لا يخول لنا رؤية بنية التدفق، ولكن أساس تلك التدفقات هو ما يُنير الزمكان. وهذا هو ما يظهر حول الثقب الأسود.
SD: This is a very powerful black hole. Not by universal standards, it's still powerful, and from the north and south poles of this black hole we think that jets are coming. Now, we're too close to really see all the jet structure, but it's the base of those jets that are illuminating the space-time. And that's what's being bent around the black hole.
ك.أ: وإذا كان أحدنا بشكل أو بآخر، على متن سفينة فضائية تدور حول ذلك الشيء، كم سيلزم من الوقت لإنجاز دورة كاملة؟
CA: And if you were in a spaceship whirling around that thing somehow, how long would it take to actually go around it?
ش.د: أولًا، أنا مستعد لدفع أي ثمن مقابل أن أكون على متن تلك السفينة الفضائية.
SD: First, I would give anything to be in that spaceship.
(ضحك)
(Laughter)
يمكنكم تسجيلي. يوجد شيء نطلق عليه... إذا ما أمكنني الدخول في التفاصيل... بالمدار الدائري المستقر الأعمق، وهو أعمق مدار حيث يمكن للمادة أن تتحرك حول الثقب الأسود قبل أن يبتلعها. وبالنسبة لهذا الثقب الأسود، سيستغرق ذلك ما بين ثلاثة أيام إلى حوالي شهر من الزمن.
Sign me up. There’s something called the -- if I can get wonky for one moment -- the innermost stable circular orbit, that's the innermost orbit at which matter can move around a black hole before it spirals in. And for this black hole, it's going to be between three days and about a month.
ك.أ: هذا قوي جدًا، وبطيء جدًّا في مرحلة ما بشكل يبعث على الاستغراب. ما أعنيه هو أنه لا يمكن حتى للواحد منا الانتباه إلى سقوطه في أفق الحدث إذا ما كان هناك.
CA: It's so powerful, it's weirdly slow at one level. I mean, you wouldn't even notice falling into that event horizon if you were there.
ش.د: ربما قد سمعتم بما يسمى "التأثيرات المعكرونية"، حيث تسقط في ثقب أسود يكون مجال الجاذبية عند قدميك أقوى بكثير من نظيره عند رأسك، فتنقسم إلى شطرين. هذا الثقب الأسود كبير جدًّا لدرجة أنك لن تتحول إلى قطع معكرونة، بل ستنجرف فقط عبر أفق الحدث.
SD: So you may have heard of "spaghettification," where you fall into a black hole and the gravitational field on your feet is much stronger than on your head, so you're ripped apart. This black hole is so big that you're not going to become a spaghetti noodle. You're just going to drift right through that event horizon.
ك.أ: هو إذًا يشبه إعصارًا كبيرًا. حين التهم إعصار دوروثي، انتهى بها المطاف في أوز. أين سينتهي المطاف بمن سيسقط في ثقب أسود؟
CA: So, it's like a giant tornado. When Dorothy was whipped by a tornado, she ended up in Oz. Where do you end up if you fall into a black hole?
(ضحك)
(Laughter)
ش.د: فانكوفر.
SD: Vancouver.
(ضحك)
(Laughter)
ك.أ: يا إلهي!
CA: Oh, my God.
(تصفيق)
(Applause)
إنها الحلقة الحمراء هذا مخيف. كلّا، حقًّا.
It's the red circle, that's terrifying. No, really.
ش.د: الثقوب السوداء هي اللغز المحوري لعصرنا، فهناك هو حيث يجتمع عالم الكم بعالم الجاذبية. ما يوجد في الداخل فريد من نوعه. وهناك هو حيث تتحد كل القوى، لأن الجاذبية تصبح قوية بما يكفي لمنافسة القوى الأخرى. لكن هذا مخفي عنا، إذ حجبه عنا الكون تمامًا. لذا نحن نجهل ما يحدث هناك.
SD: Black holes really are the central mystery of our age, because that's where the quantum world and the gravitational world come together. What's inside is a singularity. And that's where all the forces become unified, because gravity finally is strong enough to compete with all the other forces. But it's hidden from us, the universe has cloaked it in the ultimate invisibility cloak. So we don't know what happens in there.
ك.أ: يوجد واحد أصغر في مجرتنا. هل يمكننا الرجوع إلى مجرتنا الجميلة؟ هذه هي مجرة درب التبانة، بيتنا. وفي مكان ما هنا، يوجد ثقب أسود، وهو ما تحاولون إيجاده أيضًا.
CA: So there's a smaller one of these in our own galaxy. Can we go back to our own beautiful galaxy? This is the Milky Way, this is home. And somewhere in the middle of that there's another one, which you're trying to find as well.
ش.د: نحن نعلم أنه موجود هناك، ولقد جمعنا بيانات حوله. ونحن نعمل على هذه البيانات حاليًا. لذا نأمل أن نصل إلى نتيجة في المستقبل القريب، لا يمكن أن أقول متى بالضبط.
SD: We already know it's there, and we've already taken data on it. And we're working on those data right now. So we hope to have something in the near future, I can't say when.
ك.أ: إنه قريب جدًّا، لكنه أصغر بكثير، ربما بنفس حجم ذلك الذي رأيناه؟
CA: It's way closer but also a lot smaller, maybe the similar kind of size to what we saw?
ش.د: لقد اتضح أن الثقب الأسود في المجرة مسييه 87، الذي شاهدناه سابقًا، ذو 6,5 مليار كتلة شمسية. لكنه بعيد جدًّا مما يجعله يبدو أصغر من ذلك. الثقب الأسود في مركز مجرتنا أصغر بآلاف المرات، لكنه أيضًا أقرب بآلاف المرات. لذلك يبدو أن لهما نفس القطر الزاوي في السماء.
SD: Right. So it turns out that the black hole in M87, that we saw before, is six and a half billion solar masses. But it's so far away that it appears a certain size. The black hole in the center of our galaxy is a thousand times less massive, but also a thousand times closer. So it looks the same angular size on the sky.
ك.أ: أخيرًا، تحية لمجموعة أشخاص مميزين. من هؤلاء؟
CA: Finally, I guess, a nod to a remarkable group of people. Who are these guys?
ش.د: هؤلاء هم بعض أعضاء الفريق. لقد اندهشنا من الصدى الذي أحدثته هذه الصورة. لو أخبرني أحدهم أنها ستتصدر كل تلك الجرائد، لما صدقته. لكن ذلك هو ما حصل. لأن هذا لغز كبير، وهو ملهم لنا جميعًا، وأتمنى أن يُلهم الجميع. ولكن أهم شيء هو أن هذا هو جزء قليل من فريقنا. نحن 200 شخص من 60 مؤسسة و20 بلد ومنطقة. إذا ما أردت بناء تلسكوب عالمي، فستحتاج فريقًا عالميًّا. وهذه التقنية التي نستعملها لربط التلسكوبات حول العالم تتجاوز نوعًا ما القضايا التي تفرقنا. وكعلماء، فنحن نتحد لتحقيق أمور كهذه.
SD: So these are only some of the team. We marveled at the resonance that this image has had. If you told me that it would be above the fold in all of these newspapers, I'm not sure I would have believed you, but it was. Because this is a great mystery, and it's inspiring for us, and I hope it's inspiring to everyone. But the more important thing is that this is just a small number of the team. We're 200 people strong with 60 institutes and 20 countries and regions. If you want to build a global telescope you need a global team. And this technique that we use of linking telescopes around the world kind of effortlessly sidesteps some of the issues that divide us. And as scientists, we naturally come together to do something like this.
ك.أ: هذا ملهم لفريقنا بالكامل هذا الأسبوع. شيب، شكرًا جزيلًا على ما أنجزته ولحضورك معنا.
CA: Wow, boy, that's inspiring for our whole team this week. Shep, thank you so much for what you did and for coming here.
ش.د: شكرًا لكم.
SD: Thank you.
(تصفيق)
(Applause)