Meie esimene pilt mustast august oli teaduse jaoks tohutu hetk. Nii saame nende kummaliste, reegleid rikkuvate behemotide kohta veelgi rohkem teada.
Nüüd töötab Hollandi Nijmegeni linna Radboudi ülikooli astronoomide rühm koos Euroopa Kosmoseagentuuri ja teiste partneritega välja kava, et saada palju teravamaid pilte mustadest aukudest.
Event Horizon Telescope'i (EHT) esimene pilt mustast august oli teaduslik triumf ning koostöö, inseneri ja tehnoloogia etendus. Viska ka meie liigi kaasasündinud uudishimu looduse vastu. See on tugev ja tõhus segu.
Kuid pilt oli udune, kas polnud? See on ikkagi triumf ja sellest tuleneb palju uurimistöid ja uusi artikleid. Kuid kas see võiks olla veelgi parem?
Teadlaste rühmal on plaan raadioteleskoopide kosmosesse laskmiseks, et saada selgemad pildid mustadest aukudest. Nad on avaldanud ajakirjas Astronomy and Astrophysics paberi, milles on kirjas nende plaanid. Nende lõpp-eesmärk? Einsteini üldise relatiivsusteooria taaskord testimiseks.
"Einsteini üldrelatiivsusteooria ennustab täpselt, millise suuruse ja kujuga musta augu vari peaks olema."
Freek Roelofs, juhtiv autor, Radboudi ülikool.
EHT on rühm raadioteleskoope kogu maailmas, mis töötavad koos. Nad töötavad interferomeetria põhimõttel. Üheskoos toimivad ulatused nagu mingi virtuaalne teleskoop, mille suurus on Maa. Nii saime teleskoobi piisavalt suureks, et näha musta auku. Kuid EHT-d takistab sama asi nagu teiste maapealsete teleskoopide puhul: Maa atmosfäär.
Maakera atmosfäär võib astronoomidele tekitada palju probleeme. Teleskoobid peavad mingil määral kohanema õhustikuga, et koguda kujutisi objektidest, mis asuvad suurtest vahemaadest. Sellepärast on teleskoobid ehitatud erilistesse kohtadesse: ideaaljuhul kuivades keskkondades kõrgel kõrgusel.
EHT raadioteleskoobid asuvad kõrgel kohal kogu maailmas. Nad asuvad Alpides, Sierra Nevada, Atacama ja Hawaiil. Kuid neid piirab endiselt Maa atmosfäär. Ja see atmosfäär takistab kõrgeima sagedusega raadiolainete jõudmist ulatusele.
"Kosmoses saate teha vaatlusi kõrgematel raadiosagedustel, kuna atmosfäär filtreerib Maalt pärinevad sagedused välja."
Freek Roelofs, juhtiv autor, Radboudi ülikool.
EHT efektiivsuse jaoks on veel üks piirav tegur: Maa suurus. Maal saame interferomeetriat kasutada ainult ulatuste sidumiseks, mis pole kaugemal kui Maa “laius”. Seega on iga virtuaalne teleskoop piiratud meie planeedi enda suurusega.
Töö autoritel on lahendus nii atmosfääriprobleemile kui ka Maa suuruse probleemile. Pange raadioteleskoobid paika.
Nad kutsuvad oma kavandatud projekti sündmuse horisondi pildistajaks (EHI) ja ütlevad, et see võib tekitada mustade aukude pilte viis korda teravam kui EHT. Idee on panna kaks või kolm satelliiti orbiidile, mis toimiks raadiovaatluskeskusena. Väljastpoolt ei oleks neil mõlemat EHT piirangut.
"Nagu Event Horizon Telescope (EHT) korral, on ka Maa peal püsivate raadioteleskoopide asemel satelliitide kasutamisel palju eeliseid," ütleb Freebo Roelofs, Radboudi ülikooli doktorant ja artikli juhtiv autor. „Kosmoses saate teha vaatlusi kõrgematel raadiosagedustel, kuna atmosfäär filtreerib Maalt pärinevad sagedused välja. Ka kosmoses olevate teleskoopide vahelised kaugused on suuremad. See võimaldab meil astuda suure sammu edasi. Meil oleks võimalik teha pilte eraldusvõimega üle viie korra, mis on EHT-ga võimalik. ”
Meeskond lõi mustade aukude simuleeritud pildid, mis tähistavad seda, mida EHI näeks.
Musta augu teravamad kujutised annavad parema teabe, mida saaks kasutada Einsteini üldise relatiivsusteooria üksikasjalikumaks testimiseks. "Fakt, et satelliidid liiguvad ümber Maa, annab märkimisväärseid eeliseid," ütleb raadioastronoomiaprofessor Heino Falcke. “Nendega saate teha peaaegu täiuslikke pilte, et näha mustade aukude tegelikke detaile. Kui Einsteini teooriast ilmnevad väikesed kõrvalekalded, peaksime neid nägema. ”
Einsteini üldise relatiivsusteooria edasised testid on EHI üks peamisi eesmärke. E-kirjavahetuses Space Magazine'iga selgitas juhtiv autor Freek Roelofs seda nii: “Einsteini üldrelatiivsusteooria ennustab täpselt, millise suuruse ja kujuga musta augu vari peaks olema. Alternatiivsed gravitatsiooniteooriad ennustavad erinevaid suurusi ja kujusid, kuid erinevus ennustamisel üldrelatiivsustegurist on üldiselt väiksem kui umbes 10%. Niisiis, et saaksime vahet teha üldrelatiivsusteooria ja muude gravitatsiooniteooriate vahel, vajame kõrgresolutsiooniga pilte, mida saame ainult kosmosepõhiste vaatluste põhjal. ”
Jah, on ka teisi gravitatsiooniteooriaid. Kuigi iga kord, kui teadlased saavad Einsteini TGR-i testida, toetavad tõendid seda teooriat, on siiski mõned nigelad küsimused. Teadusmaailmas on mitmeid alternatiivseid gravitatsiooniteooriaid ja need on enamasti seotud meie vastamata küsimustega, mis on seotud mustade aukude, tumeaine ja tumeda energiaga.
Alternatiivseid gravitatsiooniteooriaid on kümneid ja enamik neist ei ole tõenditele hästi vastu tulnud. Kuid need on olemas, sest kui üks neist katsetest, mis on mõeldud Einsteini TGR-i testimiseks, osutub valeks, peab meil olema veel üks teooria, millega töötada.
„EHT-ga transporditakse andmetega kõvakettad töötlemiskeskusesse lennukiga. Kosmoses pole see muidugi võimalik. ”
Radboudi raadiolabori ja ESA / ESTECi teadur Volodymyr Kudriashov.
Kui EHI kunagi peaks toimuma, on vaja välja töötada palju väljakutseid. EHT-ga salvestab iga vaatluskeskus oma andmed kõvakettale, mis edastatakse andmetöötluskeskusesse. Kõik andmed iga ulatuse kohta ühendatakse ülitäpseks aatomkella abil. Aga kuidas see kosmoses töötab?
„EHT-ga transporditakse andmetega kõvakettad töötlemiskeskusesse lennukiga. Kosmoses pole see muidugi võimalik, ”ütles Radboudi raadiolabori teadur Volodymyr Kudriashov, kes töötab ka ESA / ESTEC-is. Paberi andmetel võiks andmete töötlemiseks Maale saata laserlinki. Nende sõnul on selleks juba pretsedent ning kavandatavad tulevased kosmosemissioonid täpsustavad lasersidet veelgi.
Teine väljakutse on teravate piltide saamiseks vajalike satelliitide täpne asukoht ja kiirus. "Kontseptsioon eeldab, et peate saama satelliitide asukoha ja kiiruse väga täpselt kindlaks teha," ütles Kudriashov. "Kuid me tõesti usume, et projekt on teostatav."
EHI töötaks koos EHT-ga omamoodi hübriidinterferomeetrina, mis ühendaks kõigi maapealsete vaatluskeskuste andmeid orbitaalsete vaatluskeskuste andmetega. Parim mõlemast maailmast.
"Niisuguse hübriidi kasutamine võib anda võimaluse luua mustast august liikuvaid pilte ja teil on võimalik jälgida veelgi rohkem ja ka nõrgemaid allikaid," ütles Falcke.
Allikad:
- Pressiteade: Kosmoseteleskoobid mustade aukude veelgi teravamate piltide saamiseks
- Uurimistöö: Amburi A * sündmushorisondi kosmosest kujutise simulatsioonid
- Ürituse horisondi teleskoop
