Телескоп Event Horizon (EHT) добавил большее количество обсерваторий в глобальную сеть радиотелескопов, и первое изображение черной дыры нашей галактики может быть получено меньше, чем через год.
"В начале следующей весны Event Horizon будет воспроизводить изображение черной дыры в центре Млечного Пути", - так сказал Эвери Е. Бродерик, доцент кафедры физики и астрономии в Университете Ватерлоо, во время презентации в институте Perimeter на конференции по конвергенции 23 июня 2015 года.
Бродерик, который также является преподавателем в этом институте, поделился некоторыми из умопомрачительных возможностей для исследования временного пространства вокруг сверхмассивной черной дыры в центре Млечного Пути, называемой Стрелец * (или Sagittarius A*) , так что EHT будет сосредоточен на изучении сильной гравитации.
"Во вселенной есть только два места, где можно изучить сильную гравитацию в больших, очень больших масштабах и вокруг компактных объектов", - добавил он.
Ссылаясь на изучение общей теории относительности Альберта Эйнштейна, который сформулировал её 100 лет назад - с начала возникновения карт, созданных моряками, Бродерик сказал, что есть много «монстров» в неизведанных глубинах космоса, одним из них являются гравитационные условия, окружающие черную дыру. Но эта теория может измениться в первый раз в истории человечества.
Угловая разрешающая способность Event Horizon
EHT состоит из многих радио обсерваторий по всему миру. С помощью технологии Very Long Baseline Interferometry (интерферометр со сверхдлинной базой или VLBI), многие независимые радиоантенны, разделенные сотнями или тысячами миль, могут быть использованы совместно, чтобы создать "виртуальный" телескоп с диаметром нашей планеты.
Возможности наиболее мощных оптических телескопов на планете сильно ограничены при наблюдении даже самых массивных объектов, известных во вселенной. А черные дыры являются чрезвычайно компактными, появляясь как крошечные пылинки в небе. Во время их активности сверхмассивные черные дыры, как известно, существуют в ядрах большинства галактик, могут затмить их и генерировать огромные площади взрывоопасных релятивистских газов в межгалактическом пространстве. Они также могут иметь мощные воздействия на эволюцию галактик, так наблюдение этих гравитационных "бегемотов" является одной из самых важных целей современной астрофизики.
Для наблюдения Sagittarius A* через Event Horizon необходимо крайне небольшое угловое разрешение. У данного телескопа эти показатели оцениваются в 50 угловых секунд (микро μas) в диаметре. Одна из самых мощных оптических инфракрасных обсерваторий на планете (два телескопа Кека на вершине Мауна-Кеа на Гавайях) может иметь значение углового разрешения до 20000 μas. Планируется, что тридцатиметровый телескоп (ТМТ) будет в состоянии обеспечить показатели в 7000 μas. Хотя эти резолюции являются потрясающими для оптической астрономии, но этих ресурсов не совсем достаточно для полноценных исследований в этой области – добавил Бродерик.
После завершения подготовки к проекту, EHT будет работать при разрешении 10 μas, и эти показатели очень хороши для решения поставленной задачи. Данные характеристики предполагают некоторые интригующие возможности не только для получения первого изображения черной дыры, но также и для проверки общей теории относительности Эйнштейна, а также они помогут приоткрыть завесу тайны над физикой за пределами общей теории относительности.
"Это не будущий эксперимент, это происходит сейчас", - сказал Бродерик, указывая на то, что "прототип" EHT уже имеет 9-летний стаж работы. Но наблюдения Sagittarius A* до сих пор приходят только с трех участков радио антенн EHT, и эти данные были слишком скудны, чтобы создать четкое представление о "кольце" черной дыры. Эти наблюдения, однако, вносят серьёзную лепту в понимание характеристик черной дыры, помогая физикам-теоретикам предположить, чем является Sagittarius A*, однако многие вопросы остаются пока без ответа.
Даже в отношении черной дыры в центре Млечного Пути, есть серьезные неопределенности относительно понимания геометрии и динамики области.
"Классическая" теория черной дыры включает в себя точку невозврата - область, где деформация тяжести настолько велика, что даже свет не может избежать гравитационного притяжения черной дыры, называемого горизонтом событий. Там также имеется аккреционный диск, где материал падает на области, окружающие горизонт событий, это является генерацией высоких энергий. Но мы на самом деле не знаем, каким является аккреционный диск - большим, маленьким, тонким или толстым. Мы также не знаем, направлен ли этот диск под углом по отношению к спину черной дыры (астрофизики уверены, что Sagittarius A* - это вращающаяся черная дыра). Возможно, любая наша черная дыра также является диском? В настоящее время морфология структур, окружающих черную дыру остается загадкой.
Эта тайна выступает как некое подобие "экзистенциального кризиса" для EHT - предупреждает Бродерик.
"Название телескопа Event Horizon Telescope далеко не случайно, оно было дано для того, чтобы проверить наличие горизонта событий в черной дыре, если бы эта теория была опровергнута, телескоп был бы переименован" - добавил он, "к счастью, EHT нашел лучшее доказательство на сегодняшний день, что это правда, и горизонты событий существуют ".
Мерцает, мерцает Sagittarius A*
В настоящее время, за исключением маловероятного поворота физики, горизонт событий есть, и физики сумели сузить понятие того, как он будет выглядеть - небольшой набор переменных и текущих моделей, и это согласуется с данными, которые начинают приходить от EHT.
"Я не уверен, или я рад этому или я подавлен этим, я надеялся, что мы найдем некоторые неожиданные вещи сейчас, хотя всё в порядке", пошутил Бродерик.
Хотя EHT уже дает результаты и надежды на скорое получение первых изображений Sagittarius A* высоки, нужно пройти ещё долгий путь и преодолеть проблемы.
Одна из проблем, на которые указал Бродерик, является проблемой для всех наземных обсерваторий. Когда взгляд проходит сквозь атмосферу, мы видим мерцание звёзд. Это мерцание вызвано множеством атмосферных воздействий, в том числе турбулентностью в верхних слоях атмосферы и влагой. При наблюдении сверхмассивной черной дыры в центре нашей Галактики появляется аналогичный эффект - Sagittarius A* также "мерцает".
Когда звезды и межзвездная плазма проходят между нами и Sgr.*, могут возникнуть сцинтилляции в принимаемом сигнале, создавая небольшие аномалии, которые должны быть сразу исправлены. Через несколько лет, когда EHT проведет полномасштабные операции, его исследования будут иметь решающее значение для понимания того, что двигает аккреционный поток вокруг черной дыры. Но если сцинтилляционные эффекты не учитываются, тогда такое явление, как магнитогидродинамическая турбулентность возле черной дыры может стать слишком размытой для изучения.
По аналогии с наземными обсерваториями, которые имеют лазеры в верхних слоях атмосферы для измерения количества турбулентности и настройку с помощью адаптивной оптики, в EHT будет принята схема адаптивной оптики (но без лазеров), чтобы удалить этот эффект при анализе результатов.
Томография пространства
Возможно, самым выгодным вариантом применения EHT будет изучение вспышек SGR. *. Известно, что они периодически генерируются там.
Примерно один раз в день, несколько обсерваторий наблюдали осветление выбросов из Sgr. * и это явление также изменяет структуру излучаемой области. Эта вспышка была интерпретирована как "горячая точка" в аккреционном потоке вблизи горизонта событий. Когда EHT будет функционировать в полном объеме, он будет иметь возможность отслеживать эти горячие точки, прослеживая их происхождение и смотреть за процессом их уменьшения. Астрономы также надеются использовать горячие точки в качестве индикатора для того, чтобы наметить структуру временного пространства в этой сильной гравитации окружающей среды.
"Это открывает двери к возможности проведения томографии временного пространства - эти пятна передвигаются, они возникают в различных областях временного пространства", - сказал Бродерик. "И так, как это происходит один раз в день, можно увидеть довольно много этих вспышек".
Как глубоко бы мы не зондировали неизвестное в этой уникальной гравитационной области, и мы думаем, что у нас есть довольно хорошая платформа в теории динамики черных дыр, но хочется думать о том, что EHT мог бы найти что-то новое и, возможно, экзотическое о крайне непредсказуемом пространстве ближайший сверхмассивной черной дыры.
"Я хотел бы думать, что, как только мы получим изображение, мы увидим, что оно будет похоже на версию начала 21-го века - бледно-голубую точку, может быть, с более зловещим подтекстом ... Есть монстры, которые скрываются в темноте" – такое заключение сделал Бродерик.