Kosmiczne teleskopy a zdjęcia czarnych dziur

W przestrzeni kosmicznej EHI posiada rozdzielczość pięć razy wyższą od EHT na Ziemi, a zdjęcia można odtworzyć z wyższą dokładnością. U góry po lewej: model Sagittarius A* na częstotliwości 230 GHz. U góry po prawej: symulacja zdjęcia tego modelu wykonanego za pomocą EHT. Na dole po lewej: Model Sagittarius A* na częstotliwości 690 GHz. Na dole po prawej: Symulacja zdjęcia tego modelu wykonanego za pomocą EHI. Źródło: F. Reolofs i M. Moscibrodzka, Radboud University

Astronomom dopiero co udało się wykonać pierwsze zdjęcie czarnej dziury, a zatem kolejnym wyzwaniem dla nich jest wykonanie lepszych zdjęć, tak aby można było przetestować Ogólną Teorię Względności Einsteina. Astronomowie z Uniwersytetu Radboud, wraz z badaczami z Europejskiej Agencji Kosmicznej, proponują koncepcję realizacji tego zadania za pomocą radioteleskopów umieszczonych w przestrzeni kosmicznej. Badacze opublikowali swoje plany w periodyku naukowym Astronomy & Astrophysics.

Według propozycji na orbicie okołoziemskiej należałoby umieścić dwa lub trzy satelity, które obserwowałyby czarne dziury. Układ ten nazwano Event Horizon Imager (EHI). W swoim najnowszym artykule astronomowie zaprezentowali symulacje tego jak mogłyby wyglądać zdjęcia czarnej dziury Sagittarius A* gdyby były wykonane za pomocą takich satelitów.

“Istnieje wiele zalet wykorzystania satelitów zamiast stacjonarnych radioteleskopów na Ziemi takich jak EHT” mówi Freek Roelofs, doktorant na Uniwersytecie Radboud i główny autor artykułu. “W przestrzeni kosmicznej można wykonywać obserwacje na wyższych częstotliwościach radiowych, ponieważ częstotliwości z Ziemi są odfiltrowywane przez atmosferę. Odległości między teleskopami w przestrzeni kosmicznej są także większe. To pozwala nam na ogromny krok naprzód. Moglibyśmy wykonać zdjęcia z rozdzielczością ponad pięciokrotnie wyższą niż to co udaje się zrobić za pomocą EHT”.

Wyraźniejsze zdjęcia czarnej dziury dostarczą nam lepszych informacji, które można wykorzystać do dokładniejszego przetestowania Ogólnej Teorii Względności. “Fakt, że satelity poruszają się wokół Ziemi powoduje znaczące korzyści” mówi Heino Falcke, profesor radioastronomii. “Dzięki nim możemy wykonywać niemal idealne zdjęcia, na których będziemy mogli dostrzec prawdziwe szczegóły czarnych dziur. Jeżeli pojawią się jakiekolwiek odchylenia od teorii Einsteina, powinniśmy być w stanie je dostrzec”.

EHI będzie także w stanie wykonać zdjęcia pięciu dodatkowych czarnych dziur, które są mniejsze od czarnych dziur, na których obecnie skupia się EHT czy Sagittarius A* w centrum Drogi Mlecznej oraz M87* w centrum Messier 87, masywnej galaktyki w Gromadzie Panny.

Badacze stworzyli symulację tego, co mogliby w stanie zobaczyć za pomocą różnych wersji technologii i w różnych warunkach. Aby tego dokonać, badacze wykorzystali modele zachowania plazmy wokół czarnej dziury i emitowanego przez nią promieniowania. “Symulacje te wyglądają obiecująco z naukowego punktu widzenia, ale musimy najpierw pokonać pewne trudności na poziomie technicznym” mówi Roelofs.

Astronomowie współpracowali z naukowcami z ESA/EStEC badając wspólnie techniczne możliwości realizacji projektu. “Nasza koncepcja wymaga precyzyjnego utrzymywania położenia i prędkości satelitów” mówi Wołodymyr Kudriaszow, badacz w Radboud Radio Lab, który także pracuje w ESA/ESTEC. “Niemniej jednak jesteśmy przekonani, że ten projekt jest do zrealizowania”.

Osobną kwestią jest także opracowanie systemu wymiany danych między satelitami. “W przypadku EHT, dyski twarde z danymi są transportowane do centrum analiz samolotem. W przestrzeni kosmicznej już się tak nie da”. W przedstawionej przez badaczy koncepcji satelity będą wymieniały się danymi łączem laserowym, a dane będą częściowo analizowane na pokładzie satelitów jeszcze przed przesłaniem ich na Ziemię do dalszej analizy.

Zgodnie z przedłożoną propozycją satelity początkowo będą funkcjonowały niezależnie od teleskopów EH. Jednak możliwe jest także stworzenie systemu hybrydowego, w którym orbitujące teleskopy będą współpracowały z teleskopami znajdującymi się na Ziemi. Falcke: “Wykorzystanie tego typu hybrydy może umożliwić nam stworzenie poruszających się obrazów czarnej dziury, i być może uda nam się zaobserwować jeszcze słabsze źródła”.

Źródło: Radboud University Nijmegen