Първата ни снимка на черна дупка беше огромен момент за науката. Ето как ще научим още повече за тези странни, нарушаващи правилата бехемоти.
Сега група астрономи от университета Радбуд в град Наймеген, Холандия, заедно с Европейската космическа агенция и други партньори, разработват план за получаване на много по-остри снимки на черни дупки.
Първата снимка на телескопа на събитието Horizon телескоп (EHT) на черна дупка беше научен триумф и подвиг на сътрудничество, инженеринг и технологии. Хвърлете и вроденото любопитство на нашия вид към природата. Това е мощен, ефективен микс.
Но картината беше някаква размазана, нали? Все още е триумф и от него ще се получат много изследвания и нови документи. Но може ли да е още по-добре?
Групата от учени има план за изстрелване на радиотелескопи в космоса, за да получат по-ясни изображения на черни дупки. Те публикуват документ в списанието Astronomy and Astrophysics, в който подробно описват плановете им. Крайната им цел? За да проверя отново теорията на общата относителност на Айнщайн.
„Теорията на Айнщайн за обща относителност предсказва точно какъв размер и форма трябва да има сянка на черна дупка.“
Фрийк Роелофс, водещ автор, университет Радбуд.
EHT е група радиотелескопи по целия свят, опериращи едно с друго. Те работят на принципа на интерферометрията. Заедно, „прилозите действат като вид виртуален телескоп с размерите на Земята. Ето защо получихме телескоп достатъчно голям, за да видим черна дупка. Но EHT е възпрепятствано от същото нещо като другите наземни телескопи: земната атмосфера.
Земната атмосфера може да създаде много проблеми за астрономите. Телескопите трябва по някакъв начин да се адаптират към атмосферата, за да събират изображения на предмети на големи разстояния. Ето защо телескопите са изградени на специални места: в идеалния случай в засушливи среди на голяма надморска височина.
Радио телескопите на EHT са на места с голяма надморска височина по целия свят. Те са в Алпите, в Сиера Невада, в Атакама и на Хаваите. Но те все още са ограничени от земната атмосфера. И тази атмосфера не позволява на радиовълните с най-висока честота да достигнат до „обхвата“.
"В космоса можете да правите наблюдения на по-високи радиочестоти, тъй като честотите от Земята се филтрират от атмосферата."
Фрийк Роелофс, водещ автор, университет Радбуд.
Има още един ограничаващ фактор за ефективността на EHT: големината на Земята. На Земята можем да използваме само интерферометрия за свързване на обхвати не по-далеч от „ширината“ на Земята. Така че всеки виртуален телескоп е ограничен от размера на самата наша планета.
Авторите на статията имат решение както за проблема с атмосферата, така и за проблема с размера на Земята. Поставете радио телескопи на място.
Те наричат предложения проект на Horizon Imager (EHI) и казват, че той може да произвежда изображения на черни дупки пет пъти по-остри от EHT. Идеята е да се поставят два или три спътника в орбита, които биха действали като радио наблюдатели. Навън те ще бъдат без двете ограничения на EHT.
„Има много предимства от използването на спътници вместо постоянни радиотелескопи на Земята, както при телескопа на Event Horizon (EHT)“, казва Freek Roelofs, кандидат на доктора в университета в Radboud и водещ автор на статията. „В космоса можете да правите наблюдения на по-високи радиочестоти, тъй като честотите от Земята се филтрират от атмосферата. Разстоянията между телескопите в космоса също са по-големи. Това ни позволява да направим голяма крачка напред. Бихме могли да направим снимки с разделителна способност повече от пет пъти, отколкото е възможно с EHT. “
Екипът създаде симулирани изображения на черни дупки, които представляват това, което EHI би могъл да види.
По-резките изображения на черна дупка ще доведат до по-добра информация, която би могла да се използва за по-подробно тестване на теорията на общата относителност на Айнщайн. „Фактът, че спътниците се движат около Земята, води до значителни предимства“, казва професорът по радиоастрономия Хайно Фалке. „С тях можете да направите близо идеални изображения, за да видите истинските детайли на черните дупки. Ако възникнат малки отклонения от теорията на Айнщайн, би трябвало да можем да ги видим. "
По-нататъшните тестове на теорията на общата относителност на Айнщайн са една от основните цели на EHI. В обмен на електронна поща с Space Magazine, водещият автор Фрийк Роелофс го обясни по този начин: „Теорията на общата относителност на Айнщайн предвижда точно какъв размер и форма трябва да има сянката на черната дупка. Алтернативните теории за гравитацията предвиждат различни размери и форми, но разликата с прогнозата от общата относителност обикновено е по-малка от 10% или повече. Така че, за да можем да разграничим общата относителност и други теории на гравитацията, имаме нужда от изображения с висока разделителна способност, които можем да получим само от космически наблюдения. "
Да, има и други теории за гравитацията. Въпреки че всеки път, когато учените успеят да изпробват TGR на Айнщайн, доказателствата подкрепят теорията, все още има някои неясни въпроси. Има много алтернативни теории за гравитацията там в света на науката и те са обвързани най-вече с нашите неотговорени въпроси около черните дупки, тъмната материя и тъмната енергия.
Има десетки алтернативни теории за гравитацията и повечето от тях не са се справили добре с доказателствата. Но те съществуват, защото ако един от тези експерименти, предназначен да тества TGR на Айнщайн, го докаже, че е невярен, трябва да имаме друга теория, с която да работим.
„С EHT твърдите дискове с данни се транспортират до центъра за обработка със самолет. Това, разбира се, не е възможно в космоса. "
Владимир Кудряшов, изследовател в Радио лаборатория Радбуд и ESA / ESTEC.
Има много предизвикателства, за да се справим, ако EHI някога се случи. С EHT всяка обсерватория записва своите данни на твърд диск, който се доставя до център за обработка на данни. Всички данни от всеки обхват се комбинират с помощта на атомен часовник за изключителна точност. Но как ще работи това в космоса?
„С EHT твърдите дискове с данни се транспортират до центъра за обработка със самолет. Това, разбира се, не е възможно в космоса ", заяви Владимир Кудряшов, изследовател в лабораторията на Радбуд, който също работи в ESA / ESTEC. Според документа, лазерна връзка може да се използва за изпращане на данните до Земята за обработка. Според тях вече има прецедент, а планираните бъдещи космически мисии ще усъвършенстват още повече лазерните комуникации.
Друго предизвикателство е точната позиция и скоростите на сателитите, необходими за създаване на остри изображения. „Концепцията изисква да трябва да можете да установите положението и скоростта на спътниците много точно“, каза Кудряшов. „Но ние наистина вярваме, че проектът е осъществим.“
EHI ще работи съвместно с EHT като вид хибриден интерферометър, комбинирайки данните от всички наземни обсерватории с данните от орбиталните обсерватории. Най-доброто от двата свята.
„Използването на хибрид като този може да осигури възможността за създаване на движещи се изображения на черна дупка и вие може да можете да наблюдавате още повече, а също и по-слаби източници“, казва Фалк.
Източници:
- Прессъобщение: Телескопи в пространството за още по-резки изображения на черни дупки
- Документ за изследване: Симулации на изобразяване на хоризонта на събитията на Стрелец А * от космоса
- Телескоп за хоризонт на събитията
