Vores første billede af et sort hul var et kæmpe øjeblik for videnskaben. Sådan lærer vi endnu mere om disse underlige, regelovertrædende behemoths.
Nu udvikler en gruppe astronomer fra Radboud Universitet i byen Nijmegen, Holland sammen med Det Europæiske Rumorganisation og andre partnere en plan for at få meget skarpere billeder af sorte huller.
Event Horizon Telescope's (EHT) første billede af et sort hul var en videnskabelig triumf og en præstation af samarbejde, teknik og teknologi. Kast også vores arts medfødte nysgerrighed omkring naturen. Det er en potent, effektiv blanding.
Men billedet var lidt sløret, ikke sandt? Det er stadig en triumf, og der vil resultere i masser af forskning og nye artikler. Men kunne det være endnu bedre?
Gruppen af forskere har en plan for at lancere radioteleskoper i rummet for at få klarere billeder af sorte huller. De har offentliggjort en artikel i tidsskriftet Astronomy and Astrophysics med deres planer. Deres slutmål? For at teste Einsteins teori om generel relativitet, igen.
"Einsteins teori om generel relativitet forudsiger nøjagtigt, hvilken størrelse og form en sort hulskygge skal have."
Freek Roelofs, hovedforfatter, Radboud University.
EHT er en gruppe radioteleskoper rundt om i verden, der fungerer sammen med hinanden. De arbejder på princippet om interferometri. Sammen fungerer 'scopes som et slags virtuelt teleskop på størrelse med Jorden. Sådan fik vi et teleskop stort nok til at se et sort hul. Men EHT hæmmes af det samme som andre jordbaserede teleskoper: Jordens atmosfære.
Jordens atmosfære kan skabe mange problemer for astronomer. Teleskoper skal på en eller anden måde tilpasse sig atmosfæren for at samle billeder af genstande i store afstande. Derfor er teleskoper bygget på specielle placeringer: ideelt i tørre miljøer i høj højde.
EHT's radioteleskoper er placeret i store højder over hele kloden. De er i Alperne, i Sierra Nevada, i Atacama og på Hawaii. Men de er stadig begrænset af Jordens atmosfære. Og den atmosfære forhindrer radiobølger med den højeste frekvens i at nå 'scopes.
"I rummet kan du foretage observationer ved højere radiofrekvenser, fordi frekvenserne fra Jorden filtreres ud af atmosfæren."
Freek Roelofs, hovedforfatter, Radboud University.
Der er en anden begrænsende faktor for effektiviteten af EHT: Jordens størrelse. På Jorden kan vi kun bruge interferometri til at forbinde scopes ikke længere fra hinanden end Jordens "bredde". Så ethvert virtuelt teleskop er begrænset af størrelsen på vores planet selv.
Forfatterne af papiret har en løsning på både atmosfæreproblemet og jordstørrelsesproblemet. Sæt radioteleskoper på plads.
De kalder deres foreslåede projekt Event Horizon Imager (EHI), og de siger, at det kan producere billeder af sorte huller fem gange skarpere end EHT. Tanken er at sætte to eller tre satellitter i kredsløb, der fungerer som radioobservatorier. Derude ville de være fri for begge EHT's begrænsninger.
”Der er mange fordele ved at bruge satellitter i stedet for permanente radioteleskoper på Jorden som med Event Horizon Telescope (EHT),” siger Freek Roelofs, en ph.d.-kandidat ved Radboud University og hovedforfatter af artiklen. ”I rummet kan du foretage observationer ved højere radiofrekvenser, fordi frekvenserne fra Jorden filtreres ud af atmosfæren. Afstanderne mellem teleskopene i rummet er også større. Dette giver os mulighed for at tage et stort skridt fremad. Vi ville være i stand til at tage billeder med en opløsning mere end fem gange, hvad der er muligt med EHT. ”
Holdet oprettede simulerede billeder af sorte huller, der repræsenterer, hvad EHI ville være i stand til at se.
Skarpere billeder af et sort hul vil føre til bedre information, der kunne bruges til at teste Einsteins teori om generel relativitet mere detaljeret. ”At satellitterne bevæger sig rundt om Jorden giver betydelige fordele,” siger professor i radioastronomi Heino Falcke. ”Med dem kan du tage næsten perfekte billeder for at se de rigtige detaljer i sorte huller. Hvis der forekommer små afvigelser fra Einsteins teori, bør vi være i stand til at se dem. ”
Yderligere test af Einsteins teori om generel relativitet er et af hovedmålene for EHI. I en e-mail-udveksling med Space Magazine forklarede hovedforfatter Freek Roelofs det på denne måde: ”Einsteins teori om generel relativitet forudsiger nøjagtigt, hvilken størrelse og form en sort hulskygge skal have. Alternative teorier om tyngdekraft forudsiger forskellige størrelser og former, men forskellen med forudsigelsen fra generel relativitet er generelt mindre end 10% eller deromkring. Så for at være i stand til at skelne mellem generel relativitet og andre gravitationsteorier, har vi brug for billeder i høj opløsning, som vi kun kan få fra rumbaserede observationer. ”
Ja, der er andre teorier om tyngdekraften. Selvom hver gang videnskabsmænd er i stand til at teste Einsteins TGR, beviset understøtter teorien, er der stadig nogle fnise spørgsmål. Der er flere alternative teorier om tyngdekraft derude i videnskabsverdenen, og de er for det meste bundet med vores ubesvarede spørgsmål omkring sorte huller, mørk stof og mørk energi.
Der er snesevis af alternative teorier om tyngdekraften, og de fleste af dem har ikke klaret sig godt imod bevisene. Men de findes, fordi hvis en af disse eksperimenter designet til at teste Einsteins TGR beviser det for falsk, er vi nødt til at have en anden teori at arbejde med.
”Med EHT transporteres harddiske med data til behandlingscentret med en flyvemaskine. Det er selvfølgelig ikke muligt i rummet. ”
Volodymyr Kudriashov, forsker ved Radboud Radio Lab og ESA / ESTEC.
Der er mange udfordringer at arbejde på, hvis EHI nogensinde kommer til at ske. Med EHT gemmer hvert observatorium sine data på en harddisk, der leveres til et databehandlingscenter. Alle data fra hvert omfang kombineres ved hjælp af et atomur til ekstrem præcision. Men hvordan fungerer det i rummet?
”Med EHT transporteres harddiske med data til behandlingscentret med en flyvemaskine. Det er selvfølgelig ikke muligt i rummet, ”sagde Volodymyr Kudriashov, en forsker på Radboud Radio Lab, der også arbejder på ESA / ESTEC. Ifølge papiret kunne et laserlink bruges til at sende dataene til Jorden til behandling. Der er allerede en præcedens for det, siger de, og planlagte fremtidige rummissioner vil forfine laserkommunikation endnu mere.
En anden udfordring er den nøjagtige placering og hastigheder for de satellitter, der er nødvendige for at producere skarpe billeder. ”Konceptet kræver, at du skal være i stand til at konstatere satelliternes position og hastighed meget nøjagtigt,” sagde Kudriashov. ”Men vi tror virkelig, at projektet er gennemførligt.”
EHI fungerer sammen med EHT som et slags hybridinterferometer, der kombinerer data fra alle jordbaserede observatorier med data fra orbitalobservatorierne. Det bedste fra begge verdener.
”Brug af en hybrid som denne kunne give mulighed for at skabe bevægelige billeder af et sort hul, og du kan muligvis observere endnu flere og også svagere kilder,” sagde Falcke.
Kilder:
- Pressemeddelelse: Teleskoper i rummet for endnu skarpere billeder af sorte huller
- Forskningsartikel: Simuleringer af afbildning af hændelseshorisonten for Skytten A * fra rummet
- Event Horizon Telescope
