Vår första bild av ett svart hål var ett enormt ögonblick för vetenskapen. Det är så vi kommer att lära oss ännu mer om dessa konstiga, regelbrottande älsklingar.
Nu utvecklar en grupp astronomer från Radboud universitet i staden Nijmegen, Nederländerna, tillsammans med Europeiska rymdorganisationen och andra partners, en plan för att få mycket skarpare bilder av svarta hål.
Event Horizon Telescope's (EHT) första bild av ett svart hål var en vetenskaplig triumf och en prestation av samarbete, teknik och teknik. Släng också in vår art medfödda nyfikenhet kring naturen. Det är en potent, effektiv blandning.
Men bilden var oskarp, eller hur? Det är fortfarande en triumf, och massor av forskning och nya artiklar kommer att bli resultatet av det. Men kan det vara ännu bättre?
Gruppen av forskare har en plan för att lansera radioteleskop i rymden för att få tydligare bilder av svarta hål. De har publicerat en artikel i tidskriften Astronomy and Astrophysics med sina planer. Deras slutmål? För att testa Einsteins teori om allmän relativitet, igen.
"Einsteins teori om generell relativitet förutsäger exakt vilken storlek och form en svart hålskugga ska ha."
Freek Roelofs, huvudförfattare, Radboud University.
EHT är en grupp radioteleskoper runt om i världen som arbetar tillsammans med varandra. De arbetar med principen om interferometri. Tillsammans fungerar 'omfattningarna som ett slags virtuellt teleskop på jorden. Det är så vi fick ett teleskop tillräckligt stort för att se ett svart hål. Men EHT hindras av samma sak som andra markteleskoper: Jordens atmosfär.
Jordens atmosfär kan skapa många problem för astronomer. Teleskop måste på något sätt anpassa sig till atmosfären för att samla bilder av föremål på stora avstånd. Det är därför teleskop är byggda på speciella platser: helst i torra miljöer i hög höjd.
EHT: s radioteleskop ligger på hög höjd runt om i världen. De är i Alperna, i Sierra Nevada, i Atacama och på Hawaii. Men de är fortfarande begränsade av jordens atmosfär. Och den atmosfären förhindrar radiofrekvensvågor med hög frekvens från att nå "omfattningen".
"I rymden kan du göra observationer vid högre radiofrekvenser, eftersom frekvenserna från jorden filtreras ut av atmosfären."
Freek Roelofs, huvudförfattare, Radboud University.
Det finns en annan begränsande faktor för effektiviteten hos EHT: jordens storlek. På jorden kan vi bara använda interferometri för att länka räckvidden inte längre ifrån varandra än jordens "bredd". Så varje virtuellt teleskop är begränsat av storleken på vår planet själv.
Författarna till uppsatsen har en lösning på både atmosfärproblemet och jordstorleksproblemet. Sätt på radioteleskop.
De kallar sitt föreslagna projekt Event Horizon Imager (EHI), och de säger att det kan producera bilder av svarta hål fem gånger skarpare än EHT. Tanken är att sätta två eller tre satelliter i en bana som skulle fungera som radioobservatorier. Där ute skulle de vara fria från båda EHT: s begränsningar.
"Det finns många fördelar med att använda satelliter istället för permanenta radioteleskop på jorden, som med Event Horizon Telescope (EHT)," säger Freek Roelofs, doktorand vid Radboud University och huvudförfattare till artikeln. ”I rymden kan du göra observationer vid högre radiofrekvenser, eftersom frekvenserna från jorden filtreras ut av atmosfären. Avståndet mellan teleskop i rymden är också större. Detta gör att vi kan ta ett stort steg framåt. Vi skulle kunna ta bilder med en upplösning mer än fem gånger vad som är möjligt med EHT. ”
Teamet skapade simulerade bilder av svarta hål som representerar vad EHI skulle kunna se.
Skarpare bilder av ett svart hål kommer att leda till bättre information som kan användas för att testa Einsteins teori om allmän relativitet mer detaljerat. "Det faktum att satelliterna rör sig runt jorden gör betydande fördelar", säger professor i radioastronomi Heino Falcke. ”Med dem kan du ta nära perfekta bilder för att se de verkliga detaljerna i svarta hål. Om små avvikelser från Einsteins teori inträffar, borde vi kunna se dem. ”
Ytterligare tester av Einsteins teori om allmän relativitet är ett av EHI: s huvudmål. I ett e-postutbyte med Space Magazine förklarade huvudförfattaren Freek Roelofs det på detta sätt: ”Einsteins teori om generell relativitet förutsäger exakt vilken storlek och form en svart hålskugga ska ha. Alternativa tyngdkraftteorier förutsäger olika storlekar och former, men skillnaden med förutsägelsen från allmän relativitet är i allmänhet mindre än 10% eller så. Så för att kunna skilja mellan allmän relativitet och andra tyngdkraftteorier behöver vi de högupplösta bilderna som vi bara kan få från rumsbaserade observationer. ”
Ja, det finns andra tyngdkrafter. Trots att varje gång forskare kan testa Einsteins TGR kan bevisen stödja teorin, det finns fortfarande några fnissiga frågor. Det finns flera alternativa teorier om tyngdekraft där ute i vetenskapsvärlden, och de är oftast bundna med våra obesvarade frågor kring svarta hål, mörk materia och mörk energi.
Det finns dussintals alternativa teorier om tyngdkraft, och de flesta av dem har inte klarat sig bra mot bevisen. Men de existerar eftersom om ett av dessa experiment som utformats för att testa Einsteins TGR bevisar det falskt, måste vi ha en annan teori att arbeta med.
”Med EHT transporteras hårddiskar med data till bearbetningscentret med flygplan. Det är naturligtvis inte möjligt i rymden. "
Volodymyr Kudriashov, forskare på Radboud Radio Lab och ESA / ESTEC.
Det finns många utmaningar att träna om EHI någonsin kommer att ske. Med EHT sparar varje observatorium sina data på en hårddisk som levereras till ett databehandlingscenter. Alla data från varje omfattning kombineras med en atomur för extrem precision. Men hur kommer det att fungera i rymden?
”Med EHT transporteras hårddiskar med data till bearbetningscentret med flygplan. Det är naturligtvis inte möjligt i rymden, säger Volodymyr Kudriashov, en forskare på Radboud Radio Lab som också arbetar på ESA / ESTEC. Enligt uppsatsen kan en laserlänk användas för att skicka data till Jorden för bearbetning. Det finns redan ett prejudikat för det, säger de, och planerade framtida rymduppdrag kommer att förfina laserkommunikation ytterligare.
En annan utmaning är de exakta positionerna och hastigheterna för satelliterna som behövs för att producera skarpa bilder. "Konceptet kräver att du måste kunna fastställa satelliternas position och hastighet mycket exakt," sade Kudriashov. "Men vi tror verkligen att projektet är genomförbart."
EHI skulle fungera i samarbete med EHT som en slags hybridinterferometer och kombinera data från alla markbundna observatorier med data från kretsobservatorierna. Det bästa av båda världar.
"Att använda en hybrid som denna skulle kunna ge möjlighet att skapa rörliga bilder av ett svart hål, och du kanske kan se ännu fler och också svagare källor," sade Falcke.
Källor:
- Pressmeddelande: Teleskop i rymden för ännu skarpare bilder av svarta hål
- Forskningsdokument: Simuleringar av avbildning av händelsehorisonten för Skytten A * från rymden
- Event Horizon Telescope
