Наша первая картина черной дыры была огромным моментом для науки. Вот как мы узнаем еще больше об этих странных, нарушающих правила бегемотах.
В настоящее время группа астрономов из Университета Радбау в городе Неймеген, Нидерланды, совместно с Европейским космическим агентством и другими партнерами разрабатывают план, чтобы получить гораздо более четкие снимки черных дыр.
Первое изображение черной дыры на телескопе «Горизонт событий» (EHT) было научным триумфом и подвигом сотрудничества, разработки и технологий. Добавьте к этому врожденное любопытство нашего вида к природе. Это мощная, эффективная смесь.
Но картина была довольно размытой, не так ли? Это все еще триумф, и из него выйдет много исследований и новых работ. Но могло ли быть еще лучше?
У группы ученых есть план запуска радиотелескопов в космос, чтобы получить более четкие изображения черных дыр. Они опубликовали статью в журнале Astronomy and Astrophysics, в которой подробно описывают свои планы. Их конечная цель? Чтобы снова проверить теорию общей относительности Эйнштейна.
«Теория общей теории относительности Эйнштейна предсказывает, какой именно размер и форма должна иметь тень черной дыры».
Фрик Руловс, ведущий автор, Университет Радбауда.
EHT - это группа радиотелескопов по всему миру, работающих вместе друг с другом. Они работают по принципу интерферометрии. Вместе микроскопы действуют как своего рода виртуальный телескоп размером с Землю. Вот так мы получили телескоп, достаточно большой, чтобы увидеть черную дыру. Но EHT мешает то же самое, что и другие наземные телескопы: атмосфера Земли.
Атмосфера Земли может создать много проблем для астрономов. Телескопы должны как-то адаптироваться к атмосфере, чтобы собирать изображения объектов на больших расстояниях. Вот почему телескопы строятся в специальных местах: идеально в засушливых условиях на большой высоте.
Радиотелескопы EHT находятся в высокогорных районах по всему миру. Они в Альпах, в Сьерра-Неваде, в Атакаме и на Гавайях. Но они все еще ограничены атмосферой Земли. И эта атмосфера не позволяет радиоволнам самой высокой частоты достигать reaching областей.
«В космосе вы можете проводить наблюдения на более высоких радиочастотах, потому что частоты с Земли отфильтровываются атмосферой».
Фрик Руловс, ведущий автор, Университет Радбауда.
Есть еще один фактор, ограничивающий эффективность EHT: размер Земли. На Земле мы можем использовать только интерферометрию, чтобы связать области видимости не дальше, чем «ширина» Земли. Поэтому любой виртуальный телескоп ограничен размером самой планеты.
Авторы статьи имеют решение как проблемы атмосферы, так и проблемы размера Земли. Поставьте радиотелескопы на место.
Они называют свой предложенный проект Imager Event Horizon (EHI) и говорят, что он может создавать изображения черных дыр в пять раз острее, чем EHT. Идея состоит в том, чтобы вывести на орбиту два или три спутника, которые будут выполнять роль радиообсерваторий. Там они будут свободны от обоих ограничений EHT.
«Использование спутников вместо постоянных радиотелескопов на Земле имеет много преимуществ, как, например, с телескопом« Горизонт событий »(EHT), - говорит Фрик Рулофс, кандидат наук в Университете Радбо и ведущий автор статьи. «В космосе вы можете проводить наблюдения на более высоких радиочастотах, потому что частоты с Земли отфильтровываются атмосферой. Расстояния между телескопами в космосе также больше. Это позволяет нам сделать большой шаг вперед. Мы могли бы делать снимки с разрешением более чем в пять раз больше, чем это возможно с EHT ».
Команда создала смоделированные изображения черных дыр, которые представляют то, что EHI сможет увидеть.
Более четкие изображения черной дыры приведут к получению более качественной информации, которую можно было бы использовать для более подробного тестирования теории общей теории относительности Эйнштейна. «Тот факт, что спутники движутся вокруг Земли, дает значительные преимущества», - говорит профессор радиоастрономии Хейно Фальке. «С их помощью вы можете получить почти идеальные изображения, чтобы увидеть реальные детали черных дыр. Если произойдут небольшие отклонения от теории Эйнштейна, мы сможем их увидеть ».
Дальнейшие проверки теории относительности Эйнштейна являются одной из основных целей EHI. В обмене электронной почтой с Space Magazine ведущий автор Фрик Рулофс объяснил это так: «Теория общей теории относительности Эйнштейна точно предсказывает, какой размер и форма должна иметь тень черной дыры. Альтернативные теории гравитации предсказывают разные размеры и формы, но разница с предсказанием от общей теории относительности обычно меньше 10% или около того. Итак, чтобы иметь возможность различать общую теорию относительности и другие теории гравитации, нам нужны изображения с высоким разрешением, которые мы можем получить только из космических наблюдений ».
Да, есть и другие теории гравитации. Несмотря на то, что каждый раз, когда ученые могут проверить TGR Эйнштейна, доказательства подтверждают эту теорию, все же остаются некоторые нерешительные вопросы. В мире науки существует множество альтернативных теорий гравитации, и они в основном связаны с нашими оставшимися без ответа вопросами о черных дырах, темной материи и темной энергии.
Существуют десятки альтернативных теорий гравитации, и большинство из них плохо справляются с доказательствами. Но они существуют, потому что если один из этих экспериментов, предназначенных для проверки TGR Эйнштейна, докажет, что это неверно, у нас должна быть другая теория для работы.
«С EHT жесткие диски с данными транспортируются в центр обработки на самолете. Это, конечно, невозможно в космосе ».
Владимир Кудряшов, научный сотрудник Radboud Radio Lab и ESA / ESTEC.
Есть много проблем, чтобы решить, если EHI когда-либо сбудется. Благодаря EHT каждая обсерватория сохраняет свои данные на жестком диске, который доставляется в центр обработки данных. Все данные из каждой области объединены с использованием атомных часов для предельной точности. Но как это будет работать в космосе?
«С EHT жесткие диски с данными транспортируются в центр обработки на самолете. Это, конечно, невозможно в космосе », - сказал Владимир Кудряшов, исследователь из Radboud Radio Lab, которая также работает в ESA / ESTEC. Согласно документу, лазерная связь может использоваться для отправки данных на Землю для обработки. По их словам, уже есть прецедент, и запланированные будущие космические миссии еще более улучшат лазерную связь.
Другой проблемой является точное положение и скорость спутников, необходимых для получения четких изображений. «Концепция требует, чтобы вы были в состоянии точно определить положение и скорость спутников, - сказал Кудряшов. «Но мы действительно верим, что проект осуществим».
EHI будет работать вместе с EHT как своего рода гибридный интерферометр, объединяя данные всех наземных обсерваторий с данными орбитальных обсерваторий. Лучшее из обоих миров.
«Использование такого гибрида может обеспечить возможность создания движущихся изображений черной дыры, и вы сможете наблюдать еще больше, а также более слабые источники», - сказал Фальке.
Источники:
- Пресс-релиз: телескопы в космосе для еще более четких изображений черных дыр
- Исследовательская работа: Моделирование изображения горизонта событий Стрельца А * из космоса.
- Event Horizon Telescope
