Nasze pierwsze zdjęcie czarnej dziury było ogromnym momentem dla nauki. W ten sposób dowiemy się jeszcze więcej o tych dziwnych, łamiących zasady behemotach.
Teraz grupa astronomów z Uniwersytetu Radboud w mieście Nijmegen w Holandii wraz z Europejską Agencją Kosmiczną i innymi partnerami opracowuje plan uzyskania znacznie ostrzejszych zdjęć czarnych dziur.
Pierwsze zdjęcie czarnej dziury w teleskopie Horizon Event (EHT) było naukowym triumfem i wyczynem współpracy, inżynierii i technologii. Dodaj także wrodzonej ciekawości naszego gatunku do natury. To potężna, skuteczna mieszanka.
Ale zdjęcie było trochę rozmyte, prawda? To wciąż triumf, z którego wyniknie wiele badań i nowych artykułów. Ale czy może być jeszcze lepiej?
Grupa naukowców ma plan wystrzelenia radioteleskopów w kosmos, aby uzyskać wyraźniejsze obrazy czarnych dziur. Opublikowali artykuł w czasopiśmie Astronomy and Astrophysics, w którym szczegółowo opisali swoje plany. Ich cel końcowy? Aby ponownie przetestować Teorię ogólnej teorii względności Einsteina.
„Teoria ogólnej teorii względności Einsteina przewiduje dokładnie, jaki rozmiar i kształt powinien mieć cień czarnej dziury”.
Freek Roelofs, główny autor, Uniwersytet Radboud.
EHT to grupa radioteleskopów na całym świecie, które współpracują ze sobą. Działają na zasadzie interferometrii. Razem „zakresy” działają jak rodzaj wirtualnego teleskopu wielkości Ziemi. W ten sposób otrzymaliśmy teleskop wystarczająco duży, aby zobaczyć czarną dziurę. Ale EHT jest utrudniony przez to samo, co inne teleskopy naziemne: atmosferę ziemską.
Atmosfera ziemska może powodować wiele problemów dla astronomów. Teleskopy muszą jakoś przystosować się do atmosfery, aby gromadzić obrazy obiektów z dużych odległości. Właśnie dlatego teleskopy są budowane w specjalnych lokalizacjach: idealnie w suchych warunkach na dużych wysokościach.
Teleskopy radiowe EHT znajdują się na dużych wysokościach na całym świecie. Są w Alpach, w Sierra Nevada, w Atacamie i na Hawajach. Ale wciąż są ograniczone atmosferą ziemską. Atmosfera ta uniemożliwia dotarcie fal radiowych o najwyższej częstotliwości do „zakresów”.
„W kosmosie możesz dokonywać obserwacji przy wyższych częstotliwościach radiowych, ponieważ częstotliwości z Ziemi są odfiltrowywane przez atmosferę”.
Freek Roelofs, główny autor, Uniwersytet Radboud.
Istnieje jeszcze inny czynnik ograniczający skuteczność EHT: wielkość Ziemi. Na Ziemi możemy używać interferometrii jedynie do łączenia zakresów nie dalej niż od „szerokości” Ziemi. Tak więc każdy wirtualny teleskop jest ograniczony rozmiarem naszej planety.
Autorzy artykułu mają rozwiązanie zarówno problemu atmosfery, jak i problemu wielkości Ziemi. Umieść teleskopy radiowe na miejscu.
Nazywają swój proponowany projekt Imager Horizon Event (EHI) i mówią, że może on wytwarzać obrazy czarnych dziur pięć razy ostrzejsze niż EHT. Chodzi o to, aby umieścić na orbicie dwa lub trzy satelity, które działałyby jak obserwatoria radiowe. Tam byłyby wolne od obu ograniczeń EHT.
„Korzystanie z satelitów zamiast stałych radioteleskopów na Ziemi ma wiele zalet, tak jak w przypadku Event Horizon Telescope (EHT)”, mówi Freek Roelofs, doktorant na Uniwersytecie Radboud i główny autor artykułu. „W kosmosie możesz dokonywać obserwacji przy wyższych częstotliwościach radiowych, ponieważ częstotliwości z Ziemi są odfiltrowywane przez atmosferę. Odległości między teleskopami w kosmosie są również większe. To pozwala nam zrobić duży krok naprzód. Bylibyśmy w stanie robić zdjęcia o rozdzielczości ponad pięciokrotnie większej niż jest to możliwe w przypadku EHT. ”
Zespół stworzył symulowane obrazy czarnych dziur, które reprezentują to, co EHI będzie w stanie zobaczyć.
Ostrzejsze obrazy czarnej dziury doprowadzą do uzyskania lepszych informacji, które można by wykorzystać do bardziej szczegółowego przetestowania teorii ogólnej teorii względności Einsteina. „Fakt, że satelity poruszają się po Ziemi, ma znaczące zalety”, mówi profesor Radio Astronomy Heino Falcke. „Dzięki nim możesz robić niemal idealne zdjęcia, aby zobaczyć prawdziwe szczegóły czarnych dziur. Jeśli wystąpią niewielkie odchylenia od teorii Einsteina, powinniśmy je zobaczyć ”.
Dalsze testy teorii ogólnej teorii względności Einsteina są jednym z głównych celów EHI. W e-mailu z czasopismem Space Magazine główny autor Freek Roelofs wyjaśnił to w następujący sposób: „Teoria ogólnej teorii względności Einsteina dokładnie określa, jaki rozmiar i kształt powinien mieć cień czarnej dziury. Alternatywne teorie grawitacji przewidują różne rozmiary i kształty, ale różnica z prognozą z ogólnej teorii względności jest na ogół mniejsza niż około 10%. Aby więc odróżnić ogólną teorię względności od innych teorii grawitacji, potrzebujemy obrazów o wysokiej rozdzielczości, które możemy uzyskać jedynie z obserwacji w przestrzeni kosmicznej. ”
Tak, istnieją inne teorie grawitacji. Chociaż za każdym razem, gdy naukowcy są w stanie przetestować TGR Einsteina, dowody potwierdzają teorię, wciąż istnieją dręczące pytania. W świecie nauki istnieje wiele alternatywnych teorii grawitacji i są one związane głównie z naszymi pytaniami bez odpowiedzi na temat czarnych dziur, ciemnej materii i ciemnej energii.
Istnieją dziesiątki alternatywnych teorii grawitacji i większość z nich nie radziła sobie dobrze z dowodami. Ale istnieją, ponieważ jeśli jeden z tych eksperymentów mających na celu przetestowanie TGR Einsteina okaże się fałszywy, musimy opracować inną teorię.
„Dzięki EHT dyski twarde z danymi są transportowane samolotem do centrum przetwarzania. To oczywiście nie jest możliwe w kosmosie. ”
Volodymyr Kudriashov, badacz w Radboud Radio Lab i ESA / ESTEC.
Jest wiele wyzwań do rozwiązania, jeśli EHI kiedykolwiek się spełni. Dzięki EHT każde obserwatorium zapisuje swoje dane na dysku twardym, który jest dostarczany do centrum przetwarzania danych. Wszystkie dane z każdego zakresu są łączone za pomocą zegara atomowego dla ekstremalnej precyzji. Ale jak to będzie działać w kosmosie?
„Dzięki EHT dyski twarde z danymi są transportowane samolotem do centrum przetwarzania. To oczywiście nie jest możliwe w kosmosie ”, powiedział Wołodymyr Kudriashov, badacz z Radboud Radio Lab, który pracuje również w ESA / ESTEC. Zgodnie z artykułem łącze laserowe może być użyte do przesłania danych na Ziemię w celu przetworzenia. Mówi się, że jest to precedens, a planowane przyszłe misje kosmiczne jeszcze bardziej udoskonalą komunikację laserową.
Kolejnym wyzwaniem jest dokładna pozycja i prędkość satelitów potrzebna do uzyskania ostrych obrazów. „Koncepcja wymaga, abyś był w stanie bardzo dokładnie ustalić pozycję i prędkość satelitów”, powiedział Kudriashov. „Ale naprawdę wierzymy, że projekt jest wykonalny.”
EHI będzie działać w połączeniu z EHT jako rodzaj hybrydowego interferometru, łącząc dane ze wszystkich obserwatoriów naziemnych z danymi z obserwatoriów orbitalnych. Najlepsze z obu światów.
„Korzystanie z takiej hybrydy może zapewnić możliwość tworzenia ruchomych obrazów czarnej dziury, a być może będziesz w stanie obserwować jeszcze więcej, a także słabsze źródła,” powiedział Falcke.
Źródła:
- Informacja prasowa: Teleskopy w kosmosie dla jeszcze ostrzejszych zdjęć czarnych dziur
- Artykuł badawczy: Symulacje obrazowania horyzontu zdarzeń Strzelca A * z kosmosu
- Event Horizon Telescope
