Teleskop Event Horizon (EHT) dodał więcej obserwatoriów do globalnej sieci radioteleskopów, a pierwszy obraz czarnej dziury naszej galaktyki można uzyskać w mniej niż rok.
„Na początku przyszłej wiosny Event Horizon odtwarza obraz czarnej dziury w centrum Drogi Mlecznej” - powiedział Avery E. Broderick, profesor fizyki i astronomii na University of Waterloo podczas prezentacji w Perimeter Institute na konferencji na temat konwergencji w dniu 23 czerwca 2015 r.
Broderick, który jest również nauczycielem w tym instytucie, podzielił się kilkoma niesamowitymi możliwościami eksploracji tymczasowej przestrzeni wokół supermasywnej czarnej dziury w centrum Drogi Mlecznej, zwanej Strzelcem * (lub Strzelec A *), więc EHT skupi się na eksploracji silnej grawitacji.
„We wszechświecie są tylko dwa miejsca, w których można badać silną grawitację na dużej, bardzo dużej skali i wokół zwartych obiektów” - dodał.
Nawiązując do badania ogólnej teorii względności przez Alberta Einsteina, który sformułował ją 100 lat temu - od początku map stworzonych przez żeglarzy Broderick powiedział, że w niezbadanych głębinach kosmosu jest wiele „potworów”, z których jeden to warunki grawitacyjne otaczające czarną dziurę. Ale ta teoria może się zmienić po raz pierwszy w historii ludzkości.
Rozdzielczość kątowa Event Horizon
EHT składa się z wielu obserwatoriów radiowych na całym świecie. Dzięki technologii Long Long Baseline Interferometry (interferometr o ultra-długiej podstawie lub VLBI) wiele niezależnych anten radiowych, oddzielonych setkami lub tysiącami kilometrów, może być używanych razem w celu stworzenia „wirtualnego” teleskopu o średnicy naszej planety. Możliwości najpotężniejszych teleskopów optycznych na planecie są poważnie ograniczone w obserwacji nawet najbardziej masywnych obiektów znanych we wszechświecie. A czarne dziury są niezwykle zwarte, wyglądają jak maleńkie drobiny kurzu na niebie. Podczas swojej aktywności supermasywne czarne dziury, jak wiadomo, istnieją w jądrach większości galaktyk, mogą je przesłaniać i generować ogromne obszary wybuchowych gazów relatywistycznych w przestrzeni międzygalaktycznej. Mogą również mieć potężny wpływ na ewolucję galaktyk, więc obserwacja tych grawitacyjnych „hipopotamów” jest jednym z najważniejszych celów współczesnej astrofizyki.
Aby obserwować Strzelca A * przez Event Horizon, wymagana jest bardzo mała rozdzielczość kątowa. W przypadku tego teleskopu liczby te są szacowane na 50 sekund łuku (mikro μas) średnicy. Jedno z najpotężniejszych optycznych obserwatoriów na podczerwień na planecie (dwa teleskopy Kecka na szczycie Mauna Kea na Hawajach) może mieć rozdzielczość kątową do 20000 μas. Planuje się, że trzydziestometrowy teleskop (TMT) będzie w stanie dostarczyć wskaźniki na 7000 μas. Chociaż te rozdzielczości są niesamowite dla astronomii optycznej, zasoby te nie wystarczają do pełnych badań w tej dziedzinie, dodał Broderick.
Po zakończeniu przygotowań do projektu EHT będzie działać z rozdzielczością 10 μas, a wskaźniki te są bardzo dobre do rozwiązania problemu. Te cechy sugerują kilka intrygujących możliwości nie tylko uzyskania pierwszego obrazu czarnej dziury, ale także przetestowania ogólnej teorii względności Einsteina, a także pomogą podnieść kurtynę fizyki poza ogólną teorię względności.
„To nie jest przyszły eksperyment, ale dzieje się teraz”, powiedział Broderick, wskazując, że „prototyp” EHT ma już 9 lat doświadczenia zawodowego. Jednak obserwacje Strzelca A * pochodzą do tej pory tylko z trzech sekcji anten radiowych EHT, a dane te były zbyt rzadkie, aby stworzyć wyraźny obraz „pierścienia” czarnej dziury. Obserwacje te jednak poważnie przyczyniają się do zrozumienia cech czarnej dziury, pomagając fizykom teoretycznym odgadnąć, czym jest Strzelec A *, ale wiele pytań pozostaje bez odpowiedzi. Nawet w odniesieniu do czarnej dziury w centrum Drogi Mlecznej istnieją poważne wątpliwości dotyczące zrozumienia geometrii i dynamiki obszaru.
„Klasyczna” teoria czarnej dziury obejmuje punkt bez powrotu - obszar, w którym deformacja grawitacyjna jest tak duża, że nawet światło nie może uniknąć przyciągania grawitacyjnego czarnej dziury, zwanego horyzontem zdarzeń. Istnieje również dysk akrecyjny, gdzie materiał pada na obszary otaczające horyzont zdarzeń, jest to generacja wysokich energii. Ale tak naprawdę nie wiemy, co to jest dysk akrecyjny - duży, mały, cienki lub gruby. Nie wiemy również, czy dysk ten jest ustawiony pod kątem względem tylnej części czarnej dziury (astrofizycy są pewni, że Strzelec A * jest obrotową czarną dziurą). Być może któraś z naszych czarnych dziur jest także dyskiem? Obecnie morfologia struktur otaczających czarną dziurę pozostaje tajemnicą.
Ten sekret pojawia się jako rodzaj „kryzysu egzystencjalnego” dla EHT - ostrzega Broderick.
„Nazwa teleskopu Event Horizon Teleskop jest daleka od przypadkowości, została podana w celu sprawdzenia obecności horyzontu zdarzeń w czarnej dziurze, jeśli ta teoria zostanie obalona, nazwa teleskopu zostanie zmieniona” - dodał - „na szczęście EHT znalazł najlepszy dowód na dzisiaj to prawda, a horyzonty wydarzeń istnieją ”.
Strzelec A * migocze, migocze
Obecnie, z wyjątkiem mało prawdopodobnego obrotu fizyki, istnieje horyzont zdarzeń, a fizycy zdołali zawęzić koncepcję tego, jak będzie wyglądać - mały zestaw zmiennych i bieżących modeli, co jest zgodne z danymi, które zaczynają pochodzić z EHT.
„Nie jestem pewien, czy cieszę się, czy jestem przygnębiony, miałem nadzieję, że znajdziemy teraz nieoczekiwane rzeczy, chociaż wszystko jest w porządku” - zażartował Broderick. Chociaż EHT już przynosi rezultaty i nadzieje na uzyskanie pierwszych zdjęć Strzelca A * wkrótce, są wysokie, wciąż jest wiele do zrobienia i problemy do pokonania.
Jeden z problemów wskazanych przez Brodericka stanowi problem dla wszystkich obserwatoriów naziemnych. Kiedy spojrzenie przechodzi przez atmosferę, widzimy migotanie gwiazd. To migotanie jest spowodowane wieloma wpływami atmosferycznymi, w tym turbulencjami w górnej atmosferze i wilgocią. Gdy obserwowana jest supermasywna czarna dziura, podobny efekt pojawia się w centrum naszej Galaktyki - Strzelec A * także „migocze”.
Gdy gwiazdy i plazma międzygwiezdna przechodzą między nami a Sgr. *, Mogą pojawić się scyntylacje w otrzymanym sygnale, tworząc małe anomalie, które należy natychmiast poprawić. Po kilku latach, gdy EHT przeprowadzi operacje na pełną skalę, jego badania będą kluczowe dla zrozumienia, co napędza przepływ akrecji wokół czarnej dziury. Ale jeśli efekty scyntylacji nie są brane pod uwagę, to takie zjawisko jak turbulencja magnetohydrodynamiczna w pobliżu czarnej dziury może stać się zbyt rozproszone do badania.
Podobnie jak naziemne obserwatoria, które mają lasery w górnej atmosferze do pomiaru turbulencji i strojenia za pomocą optyki adaptacyjnej, EHT przyjmie schemat optyki adaptacyjnej (ale bez laserów), aby usunąć ten efekt podczas analizy wyników.
Tomografia przestrzeni
Być może najkorzystniejszym zastosowaniem EHT jest badanie ognisk SGR. *. Wiadomo, że są tam okresowo generowane.
Mniej więcej raz dziennie kilka obserwatoriów obserwowało wyjaśnienie emisji z Sgr. * i to zjawisko zmienia również strukturę emitowanego obszaru. Ten błysk został zinterpretowany jako „gorący punkt” w strumieniu akrecyjnym w pobliżu horyzontu zdarzeń. Gdy EHT będzie w pełni funkcjonalny, będzie w stanie śledzić te gorące punkty, śledząc ich pochodzenie i patrząc na proces ich redukcji. Astronomowie mają również nadzieję na wykorzystanie gorących punktów jako wskaźnika w celu zarysowania struktury tymczasowej przestrzeni w tym silnym środowisku grawitacyjnym. „Otwiera to drogę do tymczasowej tomografii przestrzennej - te plamy poruszają się, powstają w różnych obszarach tymczasowej przestrzeni” - powiedział Broderick. „A jak to się zdarza raz dziennie, można zobaczyć sporo takich błysków”.
Jak głęboko nie badalibyśmy nieznanego w tym wyjątkowym regionie grawitacyjnym i uważamy, że mamy całkiem niezłą platformę w teorii dynamiki czarnych dziur, ale chcę myśleć, że EHT może znaleźć coś nowego i prawdopodobnie egzotycznego o bardzo nieprzewidywalnej przestrzeni najbliższej supermasywnej czarnej dziury.
„Chciałbym pomyśleć, że gdy tylko otrzymamy obraz, zobaczymy, że będzie on wyglądał jak wersja początku XXI wieku - jasnoniebieska kropka, może z bardziej złowieszczymi podtekstami ... Są potwory, które ukrywają się w ciemność ”- ten wniosek zrobił Broderick.
