Η εικόνα της Μαύρης Τρύπας θα μπορούσε να είναι πολύ καλύτερη αν προσθέσετε διαστημικά τηλεσκόπια
Η πρώτη μας φωτογραφία μιας μαύρης τρύπας ήταν μια τεράστια στιγμή για την επιστήμη. Αλλά δεν μπορούμε να σταματήσουμε εκεί. Χρειαζόμαστε καλύτερες φωτογραφίες που παρέχουν περισσότερες πληροφορίες. Έτσι θα μάθουμε ακόμη περισσότερα για αυτά τα περίεργα, μεγαθήρια που παραβιάζουν τους κανόνες.
Τώρα μια ομάδα αστρονόμων από το Πανεπιστήμιο Radboud στην πόλη Nijmegen της Ολλανδίας, μαζί με τον Ευρωπαϊκό Οργανισμό Διαστήματος και άλλους εταίρους, αναπτύσσουν ένα σχέδιο για να λάβουν πολύ πιο ευκρινείς εικόνες από μαύρες τρύπες.
ο Event Horizon Telescope's (EHT) η πρώτη φωτογραφία μιας μαύρης τρύπας ήταν ένας επιστημονικός θρίαμβος και ένα κατόρθωμα συνεργασίας, μηχανικής και τεχνολογίας. Ρίξτε επίσης την έμφυτη περιέργεια του είδους μας για τη φύση. Είναι ένα ισχυρό, αποτελεσματικό μείγμα.
Όμως, η εικόνα ήταν κάπως θολή, έτσι δεν είναι; Είναι ακόμα ένας θρίαμβος, και πολλές έρευνες και νέες εργασίες θα προκύψουν από αυτό. Θα μπορούσε όμως να είναι ακόμα καλύτερο;
Το Τηλεσκόπιο Ορίζοντα Γεγονότων (EHT) — μια πλανητικής κλίμακας συστοιχία οκτώ επίγειων ραδιοτηλεσκοπίων που δημιουργήθηκαν μέσω διεθνούς συνεργασίας — σχεδιάστηκε για τη λήψη εικόνων μιας μαύρης τρύπας. Η σκιά μιας μαύρης τρύπας που φαίνεται εδώ είναι η πιο κοντινή εικόνα της ίδιας της μαύρης τρύπας, ενός εντελώς σκοτεινού αντικειμένου από το οποίο το φως δεν μπορεί να διαφύγει. Πίστωση εικόνας: EHT.
Η ομάδα των επιστημόνων έχει ένα σχέδιο για την εκτόξευση ραδιοτηλεσκοπίων στο διάστημα για τη λήψη σαφέστερων εικόνων από μαύρες τρύπες. Δημοσίευσαν ένα χαρτί στο περιοδικό Αστρονομία και Αστροφυσική αναλυτικά τα σχέδιά τους. Ο τελικός τους στόχος; Για να δοκιμάσουμε ξανά τη Θεωρία της Γενικής Σχετικότητας του Αϊνστάιν.
Freek Roelofs, Επικεφαλής Συγγραφέας, Πανεπιστήμιο Radboud.
«Η θεωρία της γενικής σχετικότητας του Αϊνστάιν προβλέπει ακριβώς τι μέγεθος και σχήμα πρέπει να έχει μια σκιά μαύρης τρύπας».
Το EHT είναι μια ομάδα ραδιοτηλεσκοπίων σε όλο τον κόσμο που λειτουργούν σε συνδυασμό μεταξύ τους. Λειτουργούν με βάση την αρχή του συμβολομετρία . Μαζί, τα «σκόπια» λειτουργούν σαν ένα είδος εικονικού τηλεσκοπίου στο μέγεθος της Γης. Έτσι αποκτήσαμε 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 στους αστρονόμους. Τα τηλεσκόπια πρέπει να προσαρμοστούν με κάποιο τρόπο στην ατμόσφαιρα για να συγκεντρώσουν εικόνες αντικειμένων σε μεγάλες αποστάσεις. Γι' αυτό τα τηλεσκόπια κατασκευάζονται σε ειδικές τοποθεσίες: ιδανικά σε ξηρά περιβάλλοντα σε μεγάλο υψόμετρο.
Τα EHT’s ραδιοτηλεσκόπια βρίσκονται σε τοποθεσίες 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».
Freek Roelofs, Επικεφαλής Συγγραφέας, Πανεπιστήμιο Radboud.
«Στο διάστημα, μπορείτε να κάνετε παρατηρήσεις σε υψηλότερες ραδιοσυχνότητες, επειδή οι συχνότητες από τη Γη φιλτράρονται από την ατμόσφαιρα».
Υπάρχει ένας άλλος περιοριστικός παράγοντας για την αποτελεσματικότητα του EHT: το μέγεθος της Γης. Στη Γη μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε μόνο συμβολομετρία για να συνδέσουμε πεδία όχι πιο μακριά από το «πλάτος» της Γης. Έτσι, κάθε εικονικό τηλεσκόπιο περιορίζεται από το μέγεθος του ίδιου του πλανήτη μας.
Οι συντάκτες της εργασίας έχουν μια λύση τόσο στο πρόβλημα της ατμόσφαιρας όσο και στο πρόβλημα του μεγέθους της Γης. Τοποθετήστε τα ραδιοτηλεσκόπια στη θέση τους.
Ονομάζουν το προτεινόμενο έργο τους Event Horizon Imager (EHI) και λένε ότι μπορεί να παράγει εικόνες μαύρων οπών πέντε φορές πιο ευκρινείς από το EHT. Η ιδέα είναι να τεθούν σε τροχιά δύο ή τρεις δορυφόροι που θα λειτουργούσαν ως ραδιοπαρατηρητήρια. Εκεί έξω, θα ήταν απαλλαγμένοι και από τους δύο περιορισμούς του EHT.
Το EHT είναι επτά ξεχωριστές εγκαταστάσεις σε όλο τον κόσμο που συνδέονται μέσω συμβολομετρίας. Το EHT μας έδωσε την πρώτη εικόνα του ορίζοντα γεγονότων μιας μαύρης τρύπας. Εικόνα: EHT
«Υπάρχουν πολλά πλεονεκτήματα στη χρήση δορυφόρων αντί για μόνιμα ραδιοτηλεσκόπια στη Γη, όπως με το Τηλεσκόπιο Ορίζοντα Συμβάντων (EHT),» λέει ο Freek Roelofs, υποψήφιος διδάκτορας στο Πανεπιστήμιο Radboud και ο κύριος 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 μεγαλύτερη από πενταπλάσια από αυτή που είναι δυνατή με το EHT.”
Η ομάδα δημιούργησε προσομοιωμένες εικόνες μαύρων οπών που αντιπροσωπεύουν αυτό που θα μπορούσε να δει το EHI.
Το EHI μπορούσε να καταγράψει εικόνες με ανάλυση πέντε φορές υψηλότερη από το EHT. Πηγή εικόνας: F. Roelofs and M. Moscibrodzka, Πανεπιστήμιο Radboud
Οι πιο ευκρινείς εικόνες μιας μαύρης τρύπας θα οδηγήσουν σε καλύτερες πληροφορίες που θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για τη δοκιμή 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 τρυπών. 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 Universe Today, ο επικεφαλής συγγραφέας Freek Roelofs το εξήγησε ως εξής: «Η θεωρία της γενικής σχετικότητας του Αϊνστάιν προβλέπει ακριβώς το μέγεθος και το σχήμα που πρέπει να έχει μια σκιά μαύρης τρύπας. Οι εναλλακτικές θεωρίες της 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 διακρίνουμε μεταξύ της γενικής σχετικότητας και άλλων θεωριών της βαρύτητας, χρειαζόμαστε τις 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 μερικά βαρετά ερωτήματα. Υπάρχουν πολλές εναλλακτικές θεωρίες της βαρύτητας εκεί έξω στον επιστημονικό κόσμο και συνδέονται κυρίως με τα αναπάντητα ερωτήματά μας γύρω από τις μαύρες τρύπες, τη σκοτεινή ύλη και τη σκοτεινή ενέργεια.
Υπάρχουν δεκάδες εναλλακτικές θεωρίες βαρύτητας , και οι περισσότεροι από αυτούς δεν τα πήγαν καλά με τα στοιχεία. Αλλά υπάρχουν επειδή εάν ένα από αυτά τα πειράματα που σχεδιάστηκαν για να δοκιμάσουν το TGR του Αϊνστάιν αποδείξει ότι είναι λάθος, πρέπει να έχουμε μια άλλη θεωρία για να δουλέψουμε.
«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 στην ESA/ESTEC.
Υπάρχουν πολλές προκλήσεις που πρέπει να επιλύσουμε 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 αυτό στο διάστημα;
«Με το EHT, οι σκληροί δίσκοι με δεδομένα μεταφέρονται στο κέντρο επεξεργασίας με αεροπλάνο. Αυτό φυσικά δεν είναι δυνατό στο διάστημα», είπε ο Volodymyr Kudriashov, ερευνητής στο Radboud Radio Lab που εργάζεται επίσης στην ESA/ESTEC. Σύμφωνα με την εφημερίδα, α 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 με λέιζερ.
Η συστοιχία ALMA στη Χιλή, μέρος του EHT. Εικόνα: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), O. Dessibourg
Μια άλλη πρόκληση είναι η ακριβής θέση και οι ταχύτητες των δορυφόρων που απαιτούνται για την παραγωγή ευκρινών εικόνων. «Η ιδέα απαιτεί ότι πρέπει να είστε σε θέση να προσδιορίζετε τη θέση και την ταχύτητα των δορυφόρων με μεγάλη ακρίβεια», είπε ο Kudriashov. «Αλλά πιστεύουμε πραγματικά ότι το έργο είναι εφικτό».
Το EHI θα λειτουργούσε σε συνδυασμό με το EHT ως ένα είδος υβριδικού συμβολόμετρου, συνδυάζοντας τα δεδομένα από όλα τα επίγεια παρατηρητήρια με τα δεδομένα από τα τροχιακά παρατηρητήρια. Το καλύτερο και των δύο κόσμων.
«Η χρήση ενός υβριδίου σαν αυτό θα μπορούσε να παρέχει τη δυνατότητα δημιουργίας κινούμενων εικόνων μιας μαύρης τρύπας και ίσως μπορείτε να παρατηρήσετε ακόμη περισσότερες και επίσης πιο αδύναμες πηγές», είπε ο Falcke.