ภาพหลุมดำน่าจะดีกว่าเยอะถ้าคุณเพิ่มกล้องโทรทรรศน์อวกาศ

Send

ภาพแรกของหลุมดำเป็นช่วงเวลาที่ยิ่งใหญ่สำหรับวิทยาศาสตร์ นั่นคือวิธีที่เราจะเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับพฤติกรรมที่ผิดกฎและผิดปกติเหล่านี้

ขณะนี้กลุ่มนักดาราศาสตร์จาก Radboud University ในเมือง Nijmegen เนเธอร์แลนด์พร้อมกับองค์การอวกาศยุโรปและพันธมิตรอื่น ๆ กำลังพัฒนาแผนเพื่อให้ได้ภาพหลุมดำที่คมชัดกว่า

รูปแรกของกล้องโทรทรรศน์ขอบฟ้าเหตุการณ์ (EHT) ของหลุมดำคือชัยชนะทางวิทยาศาสตร์และความร่วมมือด้านวิศวกรรมและเทคโนโลยี โยนความอยากรู้อยากเห็นโดยธรรมชาติของเราเกี่ยวกับธรรมชาติด้วย เป็นการผสมผสานที่ทรงพลังและมีประสิทธิภาพ

แต่ภาพนั้นไม่ชัดใช่มั้ย ยังคงเป็นชัยชนะและการวิจัยและเอกสารใหม่จำนวนมากจะเป็นผลมาจากมัน แต่มันจะดีกว่านี้ไหม

กลุ่มนักวิทยาศาสตร์มีแผนที่จะปล่อยกล้องโทรทรรศน์วิทยุออกสู่อวกาศเพื่อให้ได้ภาพที่ชัดเจนของหลุมดำ พวกเขาตีพิมพ์บทความในวารสาร Astronomy and Astrophysics โดยมีรายละเอียดแผนการของพวกเขา เป้าหมายสุดท้ายของพวกเขาคืออะไร? เพื่อทดสอบทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของ Einstein อีกครั้ง

“ ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของ Einstein ทำนายว่าขนาดและรูปร่างของเงาของหลุมดำควรมีอะไร”
Freek Roelofs ผู้เขียนหลักมหาวิทยาลัย Radboud

EHT เป็นกลุ่มกล้องโทรทรรศน์วิทยุทั่วโลกที่ทำงานร่วมกัน พวกมันทำงานบนหลักการของอินเตอร์เฟอโรเมท ร่วมกันขอบเขต act ทำหน้าที่เหมือนกล้องโทรทรรศน์เสมือนจริงขนาดเท่าโลก นั่นคือวิธีที่เรามีกล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่พอที่จะเห็นหลุมดำ แต่ EHT ถูกขัดขวางโดยสิ่งเดียวกันกับกล้องโทรทรรศน์ภาคพื้นดินอื่น ๆ : ชั้นบรรยากาศของโลก

ชั้นบรรยากาศของโลกสามารถสร้างปัญหามากมายให้กับนักดาราศาสตร์ กล้องโทรทรรศน์ต้องปรับตัวเข้ากับบรรยากาศเพื่อรวบรวมภาพวัตถุในระยะไกล นั่นเป็นสาเหตุที่กล้องโทรทรรศน์ถูกสร้างขึ้นในสถานที่พิเศษ: ควรอยู่ในสภาพแวดล้อมที่แห้งแล้งในระดับสูง

กล้องโทรทรรศน์วิทยุของ EHT อยู่ในที่สูง ๆ ทั่วโลก พวกเขาอยู่ในเทือกเขาแอลป์ในเซียร่าเนวาดาในอาตากามาและในฮาวาย แต่พวกเขายังคงถูก จำกัด โดยชั้นบรรยากาศของโลก และบรรยากาศนั้นป้องกันคลื่นวิทยุความถี่สูงสุดไม่ให้ไปถึงขอบเขต

“ ในอวกาศคุณสามารถทำการสังเกตที่ความถี่วิทยุที่สูงขึ้นเนื่องจากความถี่จากโลกถูกกรองออกจากบรรยากาศ”
Freek Roelofs ผู้เขียนหลักมหาวิทยาลัย Radboud

มีอีกปัจจัยที่ จำกัด สำหรับประสิทธิผลของ EHT: ขนาดของโลก บนโลกเราสามารถใช้ interferometry เพื่อเชื่อมโยงขอบเขตไม่ไกลไปกว่า "ความกว้าง" ของโลก ดังนั้นกล้องโทรทรรศน์เสมือนใดก็ตามจะถูก จำกัด ด้วยขนาดของดาวเคราะห์ของเราเอง

ผู้เขียนบทความมีวิธีแก้ปัญหาทั้งปัญหาบรรยากาศและปัญหาขนาดโลก วางกล้องโทรทรรศน์วิทยุเข้าที่

พวกเขาเรียกโครงการที่เสนอว่า Event Horizon Imager (EHI) และพวกเขาบอกว่ามันสามารถสร้างภาพของหลุมดำที่คมชัดกว่า EHT ห้าเท่า ความคิดคือการใส่ดาวเทียมสองหรือสามดวงในวงโคจรที่จะทำหน้าที่เป็นหอดูดาววิทยุ พวกเขาจะปราศจากข้อ จำกัด ของ EHT ทั้งคู่

Freek Roelofs ผู้สมัครระดับปริญญาเอกจาก Radboud University กล่าวว่ามีข้อได้เปรียบมากมายในการใช้ดาวเทียมแทนที่จะเป็นกล้องโทรทรรศน์วิทยุถาวรบนโลกเช่นเดียวกับ Event Horizon Telescope (EHT) “ ในอวกาศคุณสามารถทำการสังเกตที่ความถี่วิทยุที่สูงขึ้นเนื่องจากความถี่จากโลกถูกกรองโดยชั้นบรรยากาศ ระยะทางระหว่างกล้องโทรทรรศน์ในอวกาศก็ใหญ่ขึ้นเช่นกัน สิ่งนี้ทำให้เราก้าวไปข้างหน้าอย่างยิ่งใหญ่ เราจะสามารถถ่ายภาพด้วยความละเอียดมากกว่าห้าเท่าที่เป็นไปได้ด้วย EHT”

ทีมสร้างภาพจำลองของหลุมดำซึ่งเป็นตัวแทนของสิ่งที่ EHI จะสามารถมองเห็นได้

ภาพคมชัดของหลุมดำจะนำไปสู่ข้อมูลที่ดีกว่าที่สามารถนำมาใช้ในการทดสอบทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของ Einstein ในรายละเอียดที่มากขึ้น “ ความจริงที่ว่าดาวเทียมกำลังเคลื่อนที่ไปรอบโลกทำให้เกิดข้อได้เปรียบอย่างมาก” Heino Falcke ดาราศาสตร์วิทยุกล่าว “ คุณสามารถถ่ายภาพที่สมบูรณ์แบบเพื่อดูรายละเอียดที่แท้จริงของหลุมดำได้ หากการเบี่ยงเบนเล็ก ๆ น้อย ๆ จากทฤษฎีของ Einstein เกิดขึ้นเราควรจะสามารถเห็นมันได้”

การทดสอบเพิ่มเติมของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของ Einstein เป็นหนึ่งในเป้าหมายหลักของ EHI ในการแลกเปลี่ยนอีเมลกับนิตยสารอวกาศผู้เขียนนำของ Freek Roelofs อธิบายด้วยวิธีนี้ว่า: "ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของ Einstein คาดการณ์ว่าขนาดและรูปร่างของเงาของหลุมดำควรมีขนาดเท่าไหร่ ทฤษฎีทางเลือกของแรงโน้มถ่วงทำนายขนาดและรูปร่างที่แตกต่างกัน แต่ความแตกต่างกับการทำนายจากทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปนั้นมีขนาดเล็กกว่า 10% หรือมากกว่านั้น ดังนั้นเพื่อให้สามารถแยกความแตกต่างระหว่างทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปและทฤษฎีแรงโน้มถ่วงอื่น ๆ เราต้องการภาพความละเอียดสูงที่เราสามารถได้รับจากการสำรวจอวกาศเท่านั้น”

ใช่มีทฤษฎีแรงโน้มถ่วงอื่น ๆ แม้ว่าทุกครั้งที่นักวิทยาศาสตร์สามารถทดสอบ TGR ของไอน์สไตน์ได้หลักฐานก็สนับสนุนทฤษฎี แต่ก็ยังมีคำถามที่งุ่มง่ามอยู่บ้าง มีทฤษฎีทางเลือกมากมายในโลกวิทยาศาสตร์และพวกเขาส่วนใหญ่เชื่อมโยงกับคำถามที่ยังไม่ได้ตอบของเรารอบหลุมดำสสารมืดและพลังงานมืด

มีทฤษฎีแรงโน้มถ่วงทางเลือกหลายสิบทฤษฎีและส่วนใหญ่ไม่ได้ดีต่อหลักฐาน แต่สิ่งเหล่านี้มีอยู่เพราะหากหนึ่งในการทดลองเหล่านี้ออกแบบมาเพื่อทดสอบ TGR ของ Einstein พิสูจน์ว่าผิดเราต้องมีทฤษฎีอื่นที่จะทำงานด้วย

“ ด้วย EHT ฮาร์ดไดรฟ์ที่มีข้อมูลจะถูกส่งไปยังศูนย์ประมวลผลโดยเครื่องบิน แน่นอนว่าเป็นไปไม่ได้ในอวกาศ”

Volodymyr Kudriashov นักวิจัยที่ Radboud Radio Lab และ ESA / ESTEC

มีความท้าทายมากมายที่ต้องจัดการหาก EHI เกิดขึ้น ด้วย EHT หอสังเกตการณ์แต่ละแห่งจะบันทึกข้อมูลลงในฮาร์ดไดรฟ์ซึ่งส่งไปยังศูนย์ประมวลผลข้อมูล ข้อมูลทั้งหมดจากแต่ละขอบเขตจะรวมกันโดยใช้นาฬิกาอะตอมเพื่อความแม่นยำสูง แต่มันจะทำงานในอวกาศได้อย่างไร?

“ ด้วย EHT ฮาร์ดไดรฟ์ที่มีข้อมูลจะถูกส่งไปยังศูนย์ประมวลผลโดยเครื่องบิน แน่นอนว่าเป็นไปไม่ได้ในอวกาศ” Volodymyr Kudriashov นักวิจัยจาก Radboud Radio Lab ซึ่งทำงานที่ ESA / ESTEC กล่าว ตามที่ระบุไว้ในเอกสารเลเซอร์ลิงค์สามารถใช้ในการส่งข้อมูลไปยังโลกเพื่อการประมวลผล พวกเขาพูดแล้วและภารกิจอวกาศในอนาคตที่วางแผนไว้จะทำให้การสื่อสารด้วยเลเซอร์นั้นดียิ่งขึ้นไปอีก

ความท้าทายอีกประการหนึ่งคือตำแหน่งและความเร็วที่แม่นยำของดาวเทียมที่จำเป็นในการสร้างภาพที่คมชัด “ แนวคิดนี้ต้องการให้คุณต้องสามารถยืนยันตำแหน่งและความเร็วของดาวเทียมได้อย่างแม่นยำมาก” Kudriashov กล่าว “ แต่เราเชื่อจริงๆว่าโครงการเป็นไปได้”

EHI จะทำงานร่วมกับ EHT ในลักษณะของ interferometer แบบลูกผสมซึ่งรวมข้อมูลจากหอสังเกตการณ์ภาคพื้นดินทั้งหมดเข้ากับข้อมูลจากหอสังเกตการณ์โคจร สุดยอดของทั้งสองโลก

“ การใช้ไฮบริดแบบนี้ทำให้เกิดความเป็นไปได้ในการสร้างภาพเคลื่อนไหวของหลุมดำและคุณอาจสังเกตได้มากขึ้นและอ่อนลงกว่าเดิม” Falcke กล่าว