תמונת החור השחור יכולה להיות כל כך טובה יותר אם תוסיף טלסקופים חלליים

Send

התמונה הראשונה שלנו של חור שחור הייתה רגע ענק למדע. כך נלמד עוד יותר על הרעות המוזרות ושוברות הכללים הללו.

כעת קבוצה של אסטרונומים מאוניברסיטת רדווד בעיר ניימכן שב הולנד, יחד עם סוכנות החלל האירופית ושותפים נוספים, מפתחים תוכנית לקבל תמונות חדות בהרבה של חורים שחורים.

התמונה הראשונה של הטלסקופ של אופק האירוע (EHT) של חור שחור הייתה ניצחון מדעי והישג של שיתוף פעולה, הנדסה וטכנולוגיה. זרוק גם את הסקרנות המולדת של המין שלנו לגבי הטבע. זה תערובת עוצמתית ויעילה.

אבל, התמונה הייתה מטושטשת, לא? זה עדיין ניצחון, והרבה מחקר ומאמרים חדשים יגיעו אליו. אבל האם זה יכול להיות אפילו טוב יותר?

לקבוצת המדענים יש תוכנית לשיגור טלסקופים רדיו לחלל כדי לקבל תמונות ברורות יותר של חורים שחורים. הם פרסמו מאמר בכתב העת Astronomy and Astrophysics ובו פירוט התוכניות שלהם. המטרה הסופית שלהם? לבחון את תורת היחסות הכללית של איינשטיין, שוב.

"תורת היחסות הכללית של איינשטיין מנבאת בדיוק מה הגודל והצורה של צל חור שחור."
פריק רולופס, סופר מחבר, אוניברסיטת רבדוד.

ה- EHT הוא קבוצה של טלסקופים רדיו ברחבי העולם הפועלים יחד זה עם זה. הם עובדים על עיקרון האינטרפרומטריה. יחד, ה"סקופים "פועלים כמו סוג של טלסקופ וירטואלי בגודל כדור הארץ. כך קיבלנו טלסקופ גדול מספיק כדי לראות חור שחור. אבל EHT מוגבל על ידי אותו הדבר כמו טלסקופים יבשתיים אחרים: האטמוספרה של כדור הארץ.

האווירה של כדור הארץ יכולה ליצור הרבה מאוד בעיות עבור אסטרונומים. הטלסקופים צריכים איכשהו להסתגל לאווירה כדי לאסוף תמונות של עצמים במרחקים גדולים. זו הסיבה שהטלסקופים בנויים במיקומים מיוחדים: באופן אידיאלי בסביבות צחיחות בגובה רב.

טלסקופי הרדיו של ה- EHT נמצאים במיקומים בגובה רב ברחבי העולם. הם נמצאים בהרי האלפים, בסיירה נבדה, באטקמה ובהוואי. אבל הם עדיין מוגבלים על ידי האווירה של כדור הארץ. והאטמוספרה הזו מונעת מגלי הרדיו בתדירות הגבוהה ביותר להגיע ל"סקופים ".

"בחלל אתה יכול לבצע תצפיות בתדרי רדיו גבוהים יותר, מכיוון שהתדרים מכדור הארץ מסוננים על ידי האטמוספרה."
פריק רולופס, סופר מחבר, אוניברסיטת רבדוד.

יש גורם נוסף המגביל ליעילות ה- EHT: גודל כדור הארץ. על כדור הארץ אנו יכולים להשתמש רק באינטרפרומטריה לקישור בין טווחים שלא רחוק יותר זה מזה מאשר "רוחב" כדור הארץ. אז כל טלסקופ וירטואלי מוגבל בגודל כוכב הלכת שלנו עצמו.

למחברי העיתון יש פיתרון לבעיית האטמוספרה ובעיית גודל האדמה. שים טלסקופים רדיו במקומם.

הם מכנים את הפרויקט המוצע שלהם כ- Horizon Imager (EHI), והם אומרים שהוא יכול להפיק תמונות של חורים שחורים חדים פי חמישה מה- EHT. הרעיון הוא להכניס שניים או שלושה לוויינים למסלול שישמשו כמצפי רדיו. בחוץ, הם יהיו חופשיים משתי המגבלות של EHT.

"יש הרבה יתרונות בשימוש בלוויינים במקום בטלסקופי רדיו קבועים על פני כדור הארץ, כמו עם הטלסקופ Event Horizon (EHT)", אומר פריק רובוס, מועמד לתואר דוקטור באוניברסיטת רבדוד והמחבר הראשי של המאמר. "בחלל אתה יכול לבצע תצפיות בתדרי רדיו גבוהים יותר, מכיוון שהתדרים מכדור הארץ מסוננים על ידי האטמוספרה. גם המרחקים בין הטלסקופים בחלל גדולים יותר. זה מאפשר לנו לעשות צעד גדול קדימה. נוכל לצלם תמונות ברזולוציה יותר מחמש פעמים מה אפשרי עם ה- EHT. "

הצוות יצר תמונות מדומות של חורים שחורים המייצגים את מה שה- EHI יוכל לראות.

תמונות חדות יותר של חור שחור יובילו למידע טוב יותר שניתן להשתמש בהן כדי לבחון ביתר פירוט את תורת היחסות הכללית של איינשטיין. "העובדה שהלוויינים נעים סביב כדור הארץ מייצרת יתרונות לא מבוטלים", אומר פרופסור אסטרונומיה ברדיו היינו פאלקה. "אתם יכולים לצלם תמונות מושלמות כמעט כדי לראות את הפרטים האמיתיים של חורים שחורים. אם מתרחשות חריגות קטנות מתורתו של איינשטיין, עלינו להיות מסוגלים לראות אותן. "

בדיקות נוספות לתורת היחסות הכללית של איינשטיין הן אחת המטרות העיקריות של ה- EHI. בחילופי דוא"ל עם מגזין החלל, הסביר הראשי פריק רובוס, הסביר זאת כך: "תורת היחסות הכללית של איינשטיין מנבאת בדיוק מה הגודל והצורה של צל חור שחור צריך להיות. תיאוריות כוח משיכה חלופיות מנבאות גדלים וצורות שונות, אך ההבדל עם התחזית מהתורת היחסות הכללית הוא בדרך כלל קטן מ- 10% לערך. לכן, בכדי להיות מסוגלים להבחין בין תורת היחסות הכללית לבין תיאוריות כוח המשיכה האחרות, אנו זקוקים לתמונות ברזולוציה גבוהה שנוכל להשיג רק מתצפיות מבוססות שטח. "

כן, ישנן תיאוריות אחרות של כוח הכבידה. למרות שכל פעם שמדענים מצליחים לבדוק את TGR של איינשטיין העדויות תומכות בתיאוריה, עדיין יש כמה שאלות מצמררות. ישנן מספר תיאוריות כוח משיכה חלופיות בעולם המדע, והן קשורות לרוב בשאלות הבלתי נענות שלנו סביב חורים שחורים, חומר אפל ואנרגיה אפלה.

יש עשרות תיאוריות כוח משיכה חלופיות, ורובן לא הסתדרו היטב עם הראיות. אבל הם קיימים מכיוון שאם אחד הניסויים הללו שנועדו לבחון את ה- TGR של איינשטיין מוכיח את זה ככזב, עלינו לקבל תיאוריה אחרת לעבוד איתה.

"באמצעות ה- EHT, כוננים קשיחים עם נתונים מועברים למרכז העיבוד באמצעות מטוס. זה כמובן לא אפשרי בחלל. "

וולודימיר קודריאשוב, חוקר במעבדת הרדיו רדוד וב- ESA / ESTEC.

יש המון אתגרים לעבוד אם ה- EHI יגיע אי פעם. באמצעות ה- EHT, כל מצפה כוכבים שומר את הנתונים שלו בכונן קשיח המועבר למרכז לעיבוד נתונים. כל הנתונים מכל היקף משולבים באמצעות שעון אטומי לדיוק קיצוני. אבל איך זה יעבוד בחלל?

"באמצעות ה- EHT, כוננים קשיחים עם נתונים מועברים למרכז העיבוד באמצעות מטוס. זה כמובן לא אפשרי בחלל, "אמר וולודימיר קודריאשוב, חוקר במעבדת הרדיו רדוד שעובד גם ב- ESA / ESTEC. על פי העיתון, ניתן להשתמש בקישור לייזר לשליחת הנתונים לכדור הארץ לעיבוד. יש כבר תקדים לזה, הם אומרים, ומשימות שטח עתידיות מתוכננות ישכללו את תקשורת הלייזר עוד יותר.

אתגר נוסף הוא המיקום והמהירויות המדויקים של הלוויינים הדרושים להפקת תמונות חדות. "הרעיון דורש ממך להיות מסוגל לברר את מיקום ומהירות הלוויינים בצורה מדויקת מאוד", אמר קודרישוב. "אבל אנחנו באמת מאמינים שהפרויקט בר ביצוע."

ה- EHI יעבוד בשילוב עם ה- EHT כסוג של אינטרפרומטר היברידי, ומשלב את הנתונים מכל המצפים היבשתיים עם הנתונים מהמצפה הכוכבים. הטוב משני העולמות.

"שימוש בהכלאה כזו יכול לספק אפשרות ליצור תמונות נעות של חור שחור, ואולי תוכל לראות מקורות עוד יותר וגם חלשים יותר", אמר פאלקה.