Vårt første bilde av et svart hull var et stort øyeblikk for vitenskapen. Slik lærer vi enda mer om disse rare, regelbrytende venemothene.
Nå utvikler en gruppe astronomer fra Radboud-universitetet i byen Nijmegen, Nederland, sammen med Det europeiske romfartsorganet og andre partnere en plan for å få mye skarpere bilder av sorte hull.
Event Horizon Telescope (EHT) sitt første bilde av et svart hull var en vitenskapelig triumf og en bragd av samarbeid, prosjektering og teknologi. Kast i arten vår medfødte nysgjerrighet rundt naturen, også. Det er en kraftig, effektiv blanding.
Men bildet var litt uskarpt, ikke sant? Det er fremdeles en triumf, og mye forskning og nye artikler vil være resultatet av det. Men kan det være enda bedre?
Gruppen av forskere har en plan for å lansere radioteleskoper i verdensrommet for å få klarere bilder av sorte hull. De har publisert en artikkel i tidsskriftet Astronomy and Astrophysics som beskriver planene sine. Deres sluttmål? For å teste Einsteins teori om generell relativitet, igjen.
"Einsteins teori om generell relativitet forutsier nøyaktig hvilken størrelse og form en svart hullskygge skal ha."
Freek Roelofs, hovedforfatter, Radboud University.
EHT er en gruppe radioteleskoper rundt om i verden som opererer i forbindelse med hverandre. De arbeider etter prinsippet om interferometri. Sammen fungerer ‘scopes som et slags virtuelt teleskop på jordens størrelse. Slik fikk vi et teleskop stort nok til å se et svart hull. Men EHT blir hemmet av det samme som andre landteleskoper: Jordens atmosfære.
Jordens atmosfære kan skape mange problemer for astronomer. Teleskoper må på en eller annen måte tilpasse seg atmosfæren for å samle bilder av objekter i store avstander. Det er grunnen til at teleskoper er bygget på spesielle steder: ideelt i tørre miljøer i stor høyde.
EHTs radioteleskoper er plassert i store høyder over hele kloden. De er i Alpene, i Sierra Nevada, i Atacama og på Hawaii. Men de er fremdeles begrenset av jordens atmosfære. Og den atmosfæren forhindrer radiobølgene med høy frekvens i å nå ‘omfangene.
"I verdensrommet kan du gjøre observasjoner ved høyere radiofrekvenser, fordi frekvensene fra Jorden er filtrert ut av atmosfæren."
Freek Roelofs, hovedforfatter, Radboud University.
Det er en annen begrensende faktor for effektiviteten av EHT: jordens størrelse. På jorden kan vi bare bruke interferometri for å koble omfang ikke lenger fra hverandre enn jordens "bredde". Så ethvert virtuelt teleskop er begrenset av størrelsen på planeten vår selv.
Forfatterne av papiret har en løsning på både atmosfæreproblemet og jordstørrelsesproblemet. Sett radioteleskoper på plass.
De kaller sitt foreslåtte prosjekt Event Horizon Imager (EHI), og de sier at det kan produsere bilder av sorte hull fem ganger skarpere enn EHT. Tanken er å sette to eller tre satellitter i bane som vil fungere som radioobservatorier. Der ute ville de være fri for begge EHT-begrensningene.
"Det er mange fordeler ved å bruke satellitter i stedet for permanente radioteleskoper på jorden, som med Event Horizon Telescope (EHT)," sier Freek Roelofs, doktorgradskandidat ved Radboud University og hovedforfatter av artikkelen. “I verdensrommet kan du gjøre observasjoner ved høyere radiofrekvenser, fordi frekvensene fra Jorden er filtrert ut av atmosfæren. Avstandene mellom teleskopene i verdensrommet er også større. Dette gjør at vi kan ta et stort skritt fremover. Vi vil kunne ta bilder med en oppløsning mer enn fem ganger det som er mulig med EHT. ”
Teamet laget simulerte bilder av sorte hull som representerer hva EHI ville være i stand til å se.
Skarpere bilder av et svart hull vil føre til bedre informasjon som kan brukes til å teste Einsteins teori om generell relativitet mer detaljert. "At satellittene beveger seg rundt jorden gir betydelige fordeler," sier professor i radioastronomi Heino Falcke. “Med dem kan du ta nær perfekte bilder for å se de virkelige detaljene i sorte hull. Hvis det oppstår små avvik fra Einsteins teori, bør vi kunne se dem. ”
Ytterligere tester av Einsteins teori om generell relativitet er et av hovedmålene for EHI. I en e-postutveksling med Space Magazine forklarte hovedforfatter Freek Roelofs det på denne måten: “Einsteins teori om generell relativitet forutsier nøyaktig hvilken størrelse og form en svart hullskygge skal ha. Alternative teorier om tyngdekraft forutsier forskjellige størrelser og former, men forskjellen med prediksjonen fra generell relativitet er generelt mindre enn 10% eller så. Så for å kunne skille mellom generell relativitet og andre gravitasjonsteorier, trenger vi bilder med høy oppløsning som vi bare kan få fra rombaserte observasjoner. ”
Ja, det er andre teorier om tyngdekraft. Selv om hver gang forskere kan teste Einsteins TGR, bevisene støtter teorien, er det fortsatt noen fnise spørsmål. Det er flere alternative teorier om tyngdekraft der ute i vitenskapens verden, og de er stort sett bundet opp med våre ubesvarte spørsmål rundt sorte hull, mørk materie og mørk energi.
Det finnes dusinvis av alternative teorier om tyngdekraft, og de fleste av dem gikk ikke godt imot bevisene. Men de eksisterer fordi hvis et av disse eksperimentene designet for å teste Einsteins TGR beviser det som usant, må vi ha en annen teori å jobbe med.
“Med EHT blir harddisker med data fraktet til prosesseringssentralen med fly. Det er selvfølgelig ikke mulig i verdensrommet. "
Volodymyr Kudriashov, forsker ved Radboud Radio Lab og ESA / ESTEC.
Det er mange utfordringer å trene hvis EHI noen gang kommer til å skje. Med EHT lagrer hvert observatorium sine data på en harddisk som leveres til et databehandlingssenter. Alle dataene fra hvert omfang er kombinert med en atomur for ekstrem presisjon. Men hvordan vil det fungere i verdensrommet?
“Med EHT blir harddisker med data fraktet til prosesseringssentralen med fly. Det er selvfølgelig ikke mulig i verdensrommet, sier Volodymyr Kudriashov, en forsker ved Radboud Radio Lab som også jobber ved ESA / ESTEC. I følge papiret kan en laserlink brukes til å sende dataene til Jorden for behandling. Det er allerede en presedens for det, sier de, og planlagte fremtidige romoppdrag vil foredle laserkommunikasjonen enda mer.
En annen utfordring er den nøyaktige plasseringen og hastighetene til satellittene som trengs for å produsere skarpe bilder. "Konseptet krever at du må kunne fastslå satellittenes plassering og hastighet veldig nøyaktig," sa Kudriashov. "Men vi tror virkelig at prosjektet er gjennomførbart."
EHI vil fungere i forbindelse med EHT som et slags hybrid interferometer, og kombinere dataene fra alle de jordiske observatoriene med dataene fra observasjonsorganene i banen. Det beste fra begge verdenene.
"Å bruke en hybrid som dette kan gi deg muligheten til å lage bevegelige bilder av et svart hull, og du kan kanskje se enda flere og også svakere kilder," sa Falcke.
Kilder:
- Pressemelding: Teleskoper i verdensrommet for enda skarpere bilder av sorte hull
- Forskningsoppgave: Simuleringer av avbildning av hendelseshorisonten til Skytten A * fra verdensrommet
- Event Horizon Telescope
