Mūsu pirmais melnā cauruma attēls bija milzīgs brīdis zinātnei. Tas ir, kā mēs uzzināsim vēl vairāk par šiem dīvainajiem, likumu pārkāpjošajiem behemotiem.
Tagad astronomu grupa no Radboudas universitātes Nīderlandes pilsētā Nīderlandes pilsētā kopā ar Eiropas Kosmosa aģentūru un citiem partneriem izstrādā plānu, kā iegūt daudz asākus melno caurumu attēlus.
Event Horizon Telescope (EHT) pirmais melnā cauruma attēls bija zinātnisks triumfs un sadarbības, inženierzinātņu un tehnoloģiju sasniegums. Iemetiet arī mūsu sugas iedzimto zinātkāri par dabu. Tas ir spēcīgs, efektīvs sajaukums.
Bet, attēls bija neskaidrs, vai ne? Tas joprojām ir triumfs, un no tā izrietēs daudz pētījumu un jaunu darbu. Bet vai tas varētu būt vēl labāk?
Zinātnieku grupai ir plāns radio teleskopu nodošanai kosmosā, lai iegūtu skaidrākus melno caurumu attēlus. Viņi žurnālā Astronomy and Astrophysics ir publicējuši rakstu, kurā aprakstīti viņu plāni. Viņu gala mērķis? Lai vēlreiz pārbaudītu Einšteina vispārējās relativitātes teoriju.
"Einšteina vispārējās relativitātes teorija precīzi paredz, kāda izmēra un formas vajadzētu būt melnā cauruma ēnai."
Freek Roelofs, galvenais autors, Radboudas universitāte.
EHT ir radioteleskopu grupa visā pasaulē, kas darbojas kopā. Viņi strādā pēc interferometrijas principa. Kopumā “tvērumi darbojas kā sava veida virtuāls teleskops, kas ir Zemes izmērs. Tā mēs saņēmām pietiekami lielu teleskopu, lai redzētu melno caurumu. Bet EHT traucē tas pats, kas citiem zemes teleskopiem: Zemes atmosfēra.
Zemes atmosfēra var radīt daudz problēmu astronomiem. Teleskopiem kaut kā jāpielāgojas atmosfērai, lai savāktu lielu attālumu objektu attēlus. Tāpēc teleskopi ir būvēti īpašās vietās: ideālā gadījumā sausā vidē lielā augstumā.
EHT radioteleskopi atrodas augstkalnu vietās visā pasaulē. Viņi atrodas Alpos, Sjerra Nevada, Atacama un Havaju salās. Bet viņus joprojām ierobežo Zemes atmosfēra. Un šī atmosfēra neļauj augstfrekvences radioviļņiem sasniegt “darbības jomu.
"Kosmosā jūs varat veikt novērojumus ar augstākām radiofrekvencēm, jo atmosfēra izfiltrē frekvences no Zemes."
Freek Roelofs, galvenais autors, Radboudas universitāte.
EHT efektivitātei ir vēl viens ierobežojošs faktors: Zemes lielums. Uz Zemes mēs varam izmantot tikai interferometriju, lai sasaistītu tvērumus ne tālāk kā Zemes “platumā”. Tātad jebkuru virtuālo teleskopu ierobežo pašas mūsu planētas izmērs.
Darba autoriem ir gan atmosfēras problēmas, gan Zemes lieluma problēmas risinājums. Ievietojiet radioteleskopus vietā.
Viņi savu ierosināto projektu sauc par notikumu horizontālo attēlotāju (EHI) un saka, ka tas var radīt melno caurumu attēlus, kas ir piecas reizes asāki nekā EHT. Ideja ir orbītā novietot divus vai trīs satelītus, kas darbotos kā radio observatorijas. Viņi tur būtu atbrīvoti no abiem EHT ierobežojumiem.
"Ir daudz priekšrocību, izmantojot satelītus pastāvīgu radioteleskopu vietā uz Zemes, tāpat kā Event Horizon Telescope (EHT)," saka Freek Roelofs, Radboudas universitātes doktorants un galvenā raksta autors. “Kosmosā jūs varat veikt novērojumus ar augstākām radiofrekvencēm, jo atmosfēra izfiltrē frekvences no Zemes. Arī attālumi starp teleskopiem kosmosā ir lielāki. Tas ļauj mums spert lielu soli uz priekšu. Mēs varētu uzņemt attēlus ar izšķirtspēju vairāk nekā piecas reizes, kas ir iespējams ar EHT. ”
Komanda izveidoja simulētus melno caurumu attēlus, kas attēlo to, ko EHI spētu redzēt.
Asāki melnā cauruma attēli ļaus iegūt labāku informāciju, ko varētu izmantot, lai detalizētāk pārbaudītu Einšteina vispārējās relativitātes teoriju. "Fakts, ka satelīti pārvietojas ap Zemi, rada ievērojamas priekšrocības," saka radioastronomijas profesors Heino Falcke. “Ar viņiem jūs varat uzņemt gandrīz nevainojamus attēlus, lai redzētu melno caurumu patiesās detaļas. Ja rodas nelielas novirzes no Einšteina teorijas, mums tās jāspēj redzēt. ”
Turpmāki Einšteina vispārējās relativitātes teorijas testi ir viens no EHI galvenajiem mērķiem. E-pasta apmaiņā ar Space Magazine galvenais autors Frenks Roelofs to izskaidroja šādi: “Einšteina vispārējās relativitātes teorija precīzi paredz, kāda izmēra un formas vajadzētu būt melnā cauruma ēnai. Alternatīvas gravitācijas teorijas paredz dažādus izmērus un formas, bet atšķirība no prognozes no vispārējās relativitātes principa parasti ir mazāka par aptuveni 10%. Tātad, lai varētu atšķirt vispārējo relativitāti un citas gravitācijas teorijas, mums nepieciešami augstas izšķirtspējas attēli, kurus mēs varam iegūt tikai no kosmosa novērojumiem. ”
Jā, ir arī citas gravitācijas teorijas. Kaut arī katru reizi, kad zinātnieki var pārbaudīt Einšteina TGR, pierādījumi atbalsta šo teoriju, joprojām pastāv daži nigģējoši jautājumi. Zinātnes pasaulē pastāv vairākas alternatīvas gravitācijas teorijas, un tās galvenokārt ir saistītas ar mūsu neatbildētajiem jautājumiem ap melnajiem caurumiem, tumšo vielu un tumšo enerģiju.
Ir desmitiem alternatīvu gravitācijas teoriju, un vairums no tām nav pietiekami izturējušās pret pierādījumiem. Bet tie pastāv, jo, ja kāds no šiem eksperimentiem, kas paredzēts Einšteina TGR pārbaudei, izrādās nepatiess, mums ir jābūt citai teorijai, ar kuru strādāt.
“Izmantojot EHT, cietie diski ar datiem uz apstrādes centru tiek nogādāti ar lidmašīnu. Kosmosā tas, protams, nav iespējams. ”
Volodymyr Kudriashov, Radboud Radio Lab un ESA / ESTEC pētnieks.
Ja EHI kādreiz notiks, ir jāizstrādā daudz izaicinājumu. Izmantojot EHT, katra observatorija savus datus saglabā cietajā diskā, kas tiek piegādāts datu apstrādes centram. Visi dati no katras darbības jomas ir apvienoti, izmantojot atomu pulksteni ārkārtīgi precīzai. Bet kā tas darbosies kosmosā?
“Izmantojot EHT, cietie diski ar datiem uz apstrādes centru tiek nogādāti ar lidmašīnu. Kosmosā tas, protams, nav iespējams, ”sacīja Volodimirs Kudriašovs, Radboud Radio Lab pētnieks, kurš strādā arī ESA / ESTEC. Saskaņā ar pētījumu lāzera saite varētu tikt izmantota, lai nosūtītu datus uz Zemi apstrādei. Viņi saka, ka tam jau ir precedents, un plānotās nākotnes kosmosa misijas vēl vairāk uzlabos lāzera sakarus.
Vēl viens izaicinājums ir precīza satelītu atrašanās vieta un ātrums, kas vajadzīgs asu attēlu iegūšanai. "Koncepcija prasa, lai jums būtu jāspēj ļoti precīzi noteikt satelītu atrašanās vietu un ātrumu," sacīja Kudriašovs. "Bet mēs patiešām ticam, ka projekts ir realizējams."
EHI darbosies kopā ar EHT kā sava veida hibrīdu interferometru, apvienojot visu sauszemes observatoriju datus ar datiem no orbitālajām observatorijām. Labākais no abām pasaulēm.
"Šāda hibrīda izmantošana varētu dot iespēju radīt melna cauruma kustīgus attēlus, un jūs varētu novērot vēl vairāk un arī vājākus avotus," sacīja Falcke.
Avoti:
- Paziņojums presei: Teleskopi kosmosā vēl asākiem melno caurumu attēliem
- Pētniecības darbs: Strēlnieka A * notikumu horizonta attēlojuma simulācijas no kosmosa
- Pasākuma horizontālais teleskops
