Unser erstes Bild eines Schwarzen Lochs war ein großer Moment für die Wissenschaft. Auf diese Weise erfahren wir noch mehr über diese seltsamen, regelwidrigen Giganten.
Jetzt entwickeln eine Gruppe von Astronomen der Radboud-Universität in Nijmegen, Niederlande, zusammen mit der Europäischen Weltraumorganisation und anderen Partnern einen Plan, um viel schärfere Bilder von Schwarzen Löchern zu erhalten.
Das erste Bild des Event Horizon Telescope (EHT) von einem Schwarzen Loch war ein wissenschaftlicher Triumph und ein Kunststück der Zusammenarbeit, Technik und Technologie. Lassen Sie auch die angeborene Neugier unserer Spezies auf die Natur aufkommen. Es ist eine starke, effektive Mischung.
Aber das Bild war irgendwie verschwommen, oder? Es ist immer noch ein Triumph, und daraus werden viele Forschungen und neue Arbeiten resultieren. Aber könnte es noch besser sein?
Die Gruppe von Wissenschaftlern hat einen Plan für den Start von Radioteleskopen in den Weltraum, um klarere Bilder von Schwarzen Löchern zu erhalten. Sie haben in der Zeitschrift Astronomy and Astrophysics einen Artikel veröffentlicht, in dem ihre Pläne detailliert beschrieben werden. Ihr Endziel? Um noch einmal Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie zu testen.
"Einsteins allgemeine Relativitätstheorie sagt genau voraus, welche Größe und Form ein Schatten eines Schwarzen Lochs haben sollte."
Freek Roelofs, Hauptautor, Radboud University.
Das EHT ist eine Gruppe von Radioteleskopen auf der ganzen Welt, die miteinander arbeiten. Sie arbeiten nach dem Prinzip der Interferometrie. Zusammen wirken die Zielfernrohre wie eine Art virtuelles Teleskop von der Größe der Erde. So haben wir ein Teleskop bekommen, das groß genug ist, um ein Schwarzes Loch zu sehen. Das EHT wird jedoch durch dasselbe behindert wie andere terrestrische Teleskope: die Erdatmosphäre.
Die Erdatmosphäre kann Astronomen viele Probleme bereiten. Teleskope müssen sich irgendwie an die Atmosphäre anpassen, um Bilder von Objekten in großer Entfernung zu sammeln. Deshalb werden Teleskope an besonderen Orten gebaut: idealerweise in trockenen Umgebungen in großer Höhe.
Die Radioteleskope des EHT befinden sich in großer Höhe auf der ganzen Welt. Sie sind in den Alpen, in der Sierra Nevada, in Atacama und auf Hawaii. Aber sie sind immer noch durch die Erdatmosphäre begrenzt. Und diese Atmosphäre verhindert, dass die hochfrequenten Radiowellen die Bereiche erreichen.
"Im Weltraum kann man Beobachtungen bei höheren Radiofrequenzen machen, da die Frequenzen von der Erde durch die Atmosphäre herausgefiltert werden."
Freek Roelofs, Hauptautor, Radboud University.
Es gibt noch einen weiteren einschränkenden Faktor für die Wirksamkeit des EHT: die Größe der Erde. Auf der Erde können wir Interferometrie nur verwenden, um Bereiche zu verbinden, die nicht weiter voneinander entfernt sind als die „Breite“ der Erde. Jedes virtuelle Teleskop ist also durch die Größe unseres Planeten selbst begrenzt.
Die Autoren des Papiers haben eine Lösung sowohl für das Atmosphärenproblem als auch für das Erdgrößenproblem. Radioteleskope anbringen.
Sie nennen ihr vorgeschlagenes Projekt den Event Horizon Imager (EHI) und sagen, dass es Bilder von Schwarzen Löchern erzeugen kann, die fünfmal schärfer sind als das EHT. Die Idee ist, zwei oder drei Satelliten in die Umlaufbahn zu bringen, die als Funkobservatorien dienen würden. Da draußen wären sie frei von beiden Einschränkungen des EHT.
„Die Verwendung von Satelliten anstelle von permanenten Radioteleskopen auf der Erde bietet viele Vorteile, wie beim Event Horizon Telescope (EHT)“, sagt Freek Roelofs, Doktorand an der Radboud University und Hauptautor des Artikels. „Im Weltraum kann man Beobachtungen bei höheren Radiofrequenzen machen, da die Frequenzen von der Erde durch die Atmosphäre herausgefiltert werden. Die Abstände zwischen den Teleskopen im Weltraum sind ebenfalls größer. Dies ermöglicht es uns, einen großen Schritt nach vorne zu machen. Wir könnten Bilder mit einer Auflösung aufnehmen, die mehr als das Fünffache dessen beträgt, was mit dem EHT möglich ist. “
Das Team erstellte simulierte Bilder von Schwarzen Löchern, die das darstellen, was der EHI sehen könnte.
Schärfere Bilder eines Schwarzen Lochs führen zu besseren Informationen, mit denen Einsteins Theorie der Allgemeinen Relativitätstheorie genauer getestet werden kann. "Die Tatsache, dass sich die Satelliten um die Erde bewegen, bringt erhebliche Vorteile", sagt Radioastronomieprofessor Heino Falcke. „Mit ihnen können Sie nahezu perfekte Bilder aufnehmen, um die wahren Details von Schwarzen Löchern zu sehen. Wenn kleine Abweichungen von Einsteins Theorie auftreten, sollten wir sie sehen können. "
Weitere Tests von Einsteins Theorie der Allgemeinen Relativitätstheorie sind eines der Hauptziele des EHI. In einem E-Mail-Austausch mit dem Space Magazine erklärte der Hauptautor Freek Roelofs dies folgendermaßen: „Einsteins allgemeine Relativitätstheorie sagt genau voraus, welche Größe und Form ein Schatten eines Schwarzen Lochs haben sollte. Alternative Gravitationstheorien sagen unterschiedliche Größen und Formen voraus, aber der Unterschied zur Vorhersage der allgemeinen Relativitätstheorie ist im Allgemeinen kleiner als etwa 10%. Um zwischen allgemeiner Relativitätstheorie und anderen Gravitationstheorien unterscheiden zu können, benötigen wir hochauflösende Bilder, die wir nur aus weltraumgestützten Beobachtungen erhalten können. “
Ja, es gibt andere Gravitationstheorien. Obwohl jedes Mal, wenn Wissenschaftler Einsteins TGR testen können, die Beweise die Theorie stützen, gibt es immer noch einige knifflige Fragen. Es gibt mehrere alternative Gravitationstheorien in der Wissenschaftswelt, die größtenteils mit unseren unbeantworteten Fragen zu Schwarzen Löchern, Dunkler Materie und Dunkler Energie zusammenhängen.
Es gibt Dutzende alternativer Gravitationstheorien, und die meisten von ihnen haben sich gegen die Beweise nicht gut geschlagen. Aber sie existieren, denn wenn eines dieser Experimente zum Testen von Einsteins TGR beweist, dass es falsch ist, müssen wir eine andere Theorie haben, mit der wir arbeiten können.
„Mit dem EHT werden Festplatten mit Daten per Flugzeug zum Verarbeitungszentrum transportiert. Das ist im Weltraum natürlich nicht möglich. "
Volodymyr Kudriashov, Forscher am Radboud Radio Lab und an der ESA / ESTEC.
Es sind viele Herausforderungen zu klären, ob der EHI jemals zustande kommt. Mit dem EHT speichert jedes Observatorium seine Daten auf einer Festplatte, die an ein Datenverarbeitungszentrum geliefert wird. Alle Daten aus jedem Bereich werden mit einer Atomuhr für extreme Präzision kombiniert. Aber wie wird das im Weltraum funktionieren?
„Mit dem EHT werden Festplatten mit Daten per Flugzeug zum Verarbeitungszentrum transportiert. Das ist im Weltraum natürlich nicht möglich “, sagte Volodymyr Kudriashov, ein Forscher am Radboud Radio Lab, der auch bei ESA / ESTEC arbeitet. Dem Papier zufolge könnte eine Laserverbindung verwendet werden, um die Daten zur Verarbeitung an die Erde zu senden. Dafür gibt es bereits einen Präzedenzfall, und geplante zukünftige Weltraummissionen werden die Laserkommunikation noch weiter verfeinern.
Eine weitere Herausforderung ist die genaue Position und Geschwindigkeit der Satelliten, die zur Erzeugung scharfer Bilder erforderlich sind. "Das Konzept verlangt, dass Sie in der Lage sein müssen, die Position und Geschwindigkeit der Satelliten sehr genau zu bestimmen", sagte Kudriashov. "Aber wir glauben wirklich, dass das Projekt machbar ist."
Das EHI würde in Verbindung mit dem EHT als eine Art Hybridinterferometer arbeiten und die Daten aller terrestrischen Observatorien mit den Daten der Orbitalobservatorien kombinieren. Das Beste aus beiden Welten.
"Die Verwendung eines solchen Hybrids könnte die Möglichkeit bieten, bewegte Bilder eines Schwarzen Lochs zu erstellen, und Sie könnten möglicherweise noch mehr und auch schwächere Quellen beobachten", sagte Falcke.
Quellen:
- Pressemitteilung: Teleskope im Weltraum für noch schärfere Bilder von Schwarzen Löchern
- Forschungsbericht: Simulationen zur Abbildung des Ereignishorizonts von Schütze A * aus dem Weltraum
- Event Horizon Telescope
