Η πρώτη μας εικόνα για μια μαύρη τρύπα ήταν μια τεράστια στιγμή για την επιστήμη. Με αυτόν τον τρόπο θα μάθουμε ακόμη περισσότερα για αυτά τα περίεργα, παραβιάζοντες μεγαλοπρεπή.
Τώρα μια ομάδα αστρονόμων από το Πανεπιστήμιο Radboud στην πόλη Nijmegen της Ολλανδίας, μαζί με την Ευρωπαϊκή Υπηρεσία Διαστήματος και άλλους συνεργάτες, αναπτύσσουν ένα σχέδιο για τη λήψη πολύ πιο ευκρινών εικόνων των μαύρων τρυπών.
Η πρώτη εικόνα του Event Horizon Telescope (EHT) μιας μαύρης τρύπας ήταν ένας επιστημονικός θρίαμβος και ένα επίτευγμα συνεργασίας, μηχανικής και τεχνολογίας. Ρίξτε και την έμφυτη περιέργεια του είδους μας για τη φύση. Είναι ένας ισχυρός, αποτελεσματικός συνδυασμός.
Όμως, η εικόνα ήταν κάπως θολή, έτσι δεν είναι; Είναι ακόμα ένας θρίαμβος και θα προκύψουν πολλές έρευνες και νέα έγγραφα. Αλλά θα μπορούσε να είναι ακόμα καλύτερο;
Η ομάδα επιστημόνων έχει ένα σχέδιο για την εκτόξευση ραδιοτηλεσκοπίων στο διάστημα για τη λήψη σαφέστερων εικόνων από μαύρες τρύπες. Έχουν δημοσιεύσει μια εφημερίδα στο περιοδικό Astronomy and Astrophysics με λεπτομέρειες για τα σχέδιά τους. Τελικός στόχος τους; Για να δοκιμάσετε ξανά τη Θεωρία της Γενικής Σχετικότητας του Αϊνστάιν.
«Η θεωρία της γενικής σχετικότητας του Αϊνστάιν προβλέπει ακριβώς τι μέγεθος και σχήμα πρέπει να έχει μια σκιά μαύρης τρύπας».
Freek Roelofs, Επικεφαλής Συγγραφέας, Πανεπιστήμιο Radboud.
Το EHT είναι μια ομάδα ραδιοτηλεσκοπίων σε όλο τον κόσμο που λειτουργούν σε συνδυασμό μεταξύ τους. Δουλεύουν στην αρχή της ιντερφερομετρίας. Μαζί, τα «εύρη» λειτουργούν σαν ένα είδος εικονικού τηλεσκοπίου στο μέγεθος της Γης. Έτσι έχουμε ένα τηλεσκόπιο αρκετά μεγάλο για να δούμε μια μαύρη τρύπα. Αλλά το EHT παρεμποδίζεται από το ίδιο πράγμα με άλλα επίγεια τηλεσκόπια: την ατμόσφαιρα της Γης.
Η ατμόσφαιρα της Γης μπορεί να δημιουργήσει πολλά προβλήματα για τους αστρονόμους. Τα τηλεσκόπια πρέπει κατά κάποιο τρόπο να προσαρμοστούν στην ατμόσφαιρα για να συλλέξουν εικόνες αντικειμένων σε μεγάλες αποστάσεις. Γι 'αυτό τα τηλεσκόπια είναι χτισμένα σε ειδικές τοποθεσίες: ιδανικά σε ξηρά περιβάλλοντα σε μεγάλο υψόμετρο.
Τα ραδιοτηλεσκόπια του EHT βρίσκονται σε περιοχές μεγάλου υψομέτρου σε όλο τον κόσμο. Βρίσκονται στις Άλπεις, στη Σιέρα Νεβάδα, στην Ατακάμα και στη Χαβάη. Αλλά εξακολουθούν να περιορίζονται από την ατμόσφαιρα της Γης. Και αυτή η ατμόσφαιρα εμποδίζει τα ραδιοκύματα υψηλότερης συχνότητας να φτάσουν στα «πεδία».
"Στο διάστημα, μπορείτε να κάνετε παρατηρήσεις σε υψηλότερες ραδιοσυχνότητες, επειδή οι συχνότητες από τη Γη φιλτράρονται από την ατμόσφαιρα."
Freek Roelofs, Επικεφαλής Συγγραφέας, Πανεπιστήμιο Radboud.
Υπάρχει ένας άλλος περιοριστικός παράγοντας για την αποτελεσματικότητα του EHT: το μέγεθος της Γης. Στη Γη μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε μόνο την ιντερφερομετρία για να συνδέσουμε πεδία που δεν απέχουν περισσότερο από το «πλάτος» της Γης. Έτσι, κάθε εικονικό τηλεσκόπιο περιορίζεται από το μέγεθος του ίδιου του πλανήτη μας.
Οι συγγραφείς της εφημερίδας έχουν μια λύση τόσο στο πρόβλημα της ατμόσφαιρας όσο και στο πρόβλημα του μεγέθους της Γης. Τοποθετήστε τα τηλεσκόπια ραδιοφώνου στη θέση τους.
Ονομάζουν το προτεινόμενο πρόγραμμά τους το Event Horizon Imager (EHI) και λένε ότι μπορεί να παράγει εικόνες με μαύρες τρύπες πέντε φορές πιο ευκρινείς από το EHT. Η ιδέα είναι να τεθούν δύο ή τρεις δορυφόροι σε τροχιά που θα λειτουργούσαν ως ραδιο παρατηρητήρια. Εκεί έξω, θα ήταν απαλλαγμένοι και από τους δύο περιορισμούς του EHT.
«Υπάρχουν πολλά πλεονεκτήματα από τη χρήση δορυφόρων αντί για μόνιμα ραδιοτηλεσκόπια στη Γη, όπως και με το Τηλεσκόπιο Event Horizon (EHT)», λέει η Freek Roelofs, υποψήφια διδάκτορας στο Πανεπιστήμιο Radboud και επικεφαλής συγγραφέας του άρθρου. «Στο διάστημα, μπορείτε να κάνετε παρατηρήσεις σε υψηλότερες ραδιοσυχνότητες, επειδή οι συχνότητες από τη Γη φιλτράρονται από την ατμόσφαιρα. Οι αποστάσεις μεταξύ των τηλεσκοπίων στο διάστημα είναι επίσης μεγαλύτερες. Αυτό μας επιτρέπει να κάνουμε ένα μεγάλο βήμα μπροστά. Θα μπορούσαμε να τραβήξουμε εικόνες με ανάλυση περισσότερες από πέντε φορές ό, τι είναι δυνατό με το EHT. "
Η ομάδα δημιούργησε προσομοιωμένες εικόνες μαύρων τρυπών που αντιπροσωπεύουν αυτό που θα μπορούσε να δει η EHI.
Οι πιο ευκρινείς εικόνες μιας μαύρης τρύπας θα οδηγήσουν σε καλύτερες πληροφορίες που θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για τον έλεγχο της Θεωρίας της Γενικής Σχετικότητας του Αϊνστάιν με μεγαλύτερη λεπτομέρεια. «Το γεγονός ότι οι δορυφόροι κινούνται γύρω από τη Γη δημιουργεί σημαντικά πλεονεκτήματα», λέει ο καθηγητής ραδιοαστρονομίας Heino Falcke. «Με αυτά, μπορείτε να τραβήξετε σχεδόν τέλειες εικόνες για να δείτε τις πραγματικές λεπτομέρειες των μαύρων οπών. Εάν συμβούν μικρές αποκλίσεις από τη θεωρία του Αϊνστάιν, θα πρέπει να μπορούμε να τις δούμε ».
Περαιτέρω δοκιμές της Θεωρίας της Γενικής Σχετικότητας του Αϊνστάιν είναι ένας από τους κύριους στόχους του EHI. Σε μια ανταλλαγή email με το Space Magazine, ο κύριος συγγραφέας Freek Roelofs το εξήγησε με αυτόν τον τρόπο: «Η θεωρία της γενικής σχετικότητας του Αϊνστάιν προβλέπει ακριβώς το μέγεθος και τη μορφή μιας σκιάς μαύρης τρύπας. Οι εναλλακτικές θεωρίες βαρύτητας προβλέπουν διαφορετικά μεγέθη και σχήματα, αλλά η διαφορά με την πρόβλεψη από τη γενική σχετικότητα είναι γενικά μικρότερη από 10% περίπου. Έτσι, για να μπορέσουμε να κάνουμε διάκριση μεταξύ της γενικής σχετικότητας και άλλων θεωριών της βαρύτητας, χρειαζόμαστε εικόνες υψηλής ανάλυσης που μπορούμε να λάβουμε μόνο από παρατηρήσεις που βασίζονται στο διάστημα. "
Ναι, υπάρχουν και άλλες θεωρίες βαρύτητας. Παρόλο που κάθε φορά που οι επιστήμονες είναι σε θέση να δοκιμάσουν το TGR του Αϊνστάιν, τα στοιχεία υποστηρίζουν τη θεωρία, εξακολουθούν να υπάρχουν κάποιες ανησυχητικές ερωτήσεις. Υπάρχουν πολλές εναλλακτικές θεωρίες βαρύτητας εκεί έξω στον επιστημονικό κόσμο, και συνδέονται κυρίως με τις αναπάντητες ερωτήσεις μας σχετικά με τις μαύρες τρύπες, τη σκοτεινή ύλη και τη σκοτεινή ενέργεια.
Υπάρχουν δεκάδες εναλλακτικές θεωρίες της βαρύτητας, και οι περισσότερες από αυτές δεν έχουν φτάσει καλά στα στοιχεία. Υπάρχουν όμως επειδή εάν ένα από αυτά τα πειράματα που έχει σχεδιαστεί για να δοκιμάσει το TGR του Αϊνστάιν αποδεικνύεται ψευδές, πρέπει να έχουμε μια άλλη θεωρία για να εργαστούμε.
«Με το EHT, οι σκληροί δίσκοι με δεδομένα μεταφέρονται στο κέντρο επεξεργασίας με αεροπλάνο. Αυτό φυσικά δεν είναι δυνατό στο διάστημα. "
Volodymyr Kudriashov, ερευνητής στο Radboud Radio Lab και ESA / ESTEC.
Υπάρχουν πολλές προκλήσεις που πρέπει να επιλυθούν εάν το EHI πραγματοποιηθεί ποτέ. Με το EHT, κάθε παρατηρητήριο αποθηκεύει τα δεδομένα του σε έναν σκληρό δίσκο που παραδίδεται σε ένα κέντρο επεξεργασίας δεδομένων. Όλα τα δεδομένα από κάθε πεδίο συνδυάζονται χρησιμοποιώντας ένα ατομικό ρολόι για εξαιρετική ακρίβεια. Αλλά πώς θα λειτουργήσει στο διάστημα;
«Με το EHT, οι σκληροί δίσκοι με δεδομένα μεταφέρονται στο κέντρο επεξεργασίας με αεροπλάνο. Αυτό φυσικά δεν είναι δυνατό στο διάστημα », δήλωσε ο Volodymyr Kudriashov, ερευνητής στο Radboud Radio Lab, ο οποίος εργάζεται επίσης στο ESA / ESTEC. Σύμφωνα με την εφημερίδα, ένας σύνδεσμος λέιζερ θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για την αποστολή των δεδομένων στη Γη για επεξεργασία. Υπάρχει ήδη προηγούμενο για αυτό, λένε, και οι προγραμματισμένες μελλοντικές διαστημικές αποστολές θα βελτιώσουν ακόμη περισσότερο τις επικοινωνίες λέιζερ.
Μια άλλη πρόκληση είναι η ακριβής θέση και οι ταχύτητες των δορυφόρων που απαιτούνται για την παραγωγή ευκρινών εικόνων. «Η ιδέα απαιτεί από εσάς να είστε σε θέση να προσδιορίσετε με ακρίβεια τη θέση και την ταχύτητα των δορυφόρων», δήλωσε ο Kudriashov. "Αλλά πιστεύουμε πραγματικά ότι το έργο είναι εφικτό."
Το EHI θα συνεργαζόταν με το EHT ως ένα είδος υβριδικού ιντερφερόμετρου, συνδυάζοντας τα δεδομένα από όλα τα επίγεια παρατηρητήρια με τα δεδομένα από τα τροχιακά παρατηρητήρια. Το καλύτερο και των δύο κόσμων.
«Η χρήση ενός τέτοιου υβριδίου θα μπορούσε να παράσχει τη δυνατότητα δημιουργίας κινούμενων εικόνων μιας μαύρης τρύπας και ίσως να μπορείτε να παρατηρήσετε ακόμη περισσότερες και αδύναμες πηγές», δήλωσε ο Falcke.
Πηγές:
- Δελτίο Τύπου: Τηλεσκόπια στο διάστημα για ακόμη πιο ευκρινείς εικόνες μαύρων οπών
- Ερευνητικό έγγραφο: Προσομοιώσεις απεικόνισης του ορίζοντα συμβάντων του Τοξότη Α * από το διάστημα
- Τηλεσκόπιο Event Horizon
