يمكن أن تكون صورة الثقب الأسود أفضل بكثير إذا أضفت تلسكوبات فضائية

Send

كانت صورتنا الأولى للثقب الأسود لحظة ضخمة للعلم. هكذا سنتعلم المزيد عن هؤلاء العملاقين الغريبين الذين يخرقون القواعد.

تقوم الآن مجموعة من علماء الفلك من جامعة رادبود في مدينة نيميجن بهولندا ، إلى جانب وكالة الفضاء الأوروبية وشركاء آخرين ، بوضع خطة للحصول على صور أكثر وضوحًا للثقوب السوداء.

كانت أول صورة للحدث الأسود تلسكوب Event Horizon (EHT) للثقب الأسود انتصارًا علميًا وميزة للتعاون والهندسة والتكنولوجيا. استمتع بفضول جنسنا الفطري حول الطبيعة أيضًا. إنه مزيج فعال وفعال.

لكن الصورة كانت ضبابية نوعًا ، أليس كذلك؟ لا يزال هذا النصر ، وستنتج عنه الكثير من الأبحاث والأوراق الجديدة. ولكن هل يمكن أن يكون أفضل؟

لدى مجموعة العلماء خطة لإطلاق التلسكوبات الراديوية إلى الفضاء للحصول على صور أوضح للثقوب السوداء. لقد نشروا ورقة بحث في مجلة علم الفلك والفيزياء الفلكية تشرح بالتفصيل خططهم. هدفهم النهائي؟ لاختبار نظرية النسبية العامة لأينشتاين مرة أخرى.

"تتنبأ نظرية آينشتاين عن النسبية العامة بالضبط بحجم وشكل ظل الثقب الأسود".
فريك رويلوفس ، مؤلف رئيسي ، جامعة رادبود.

EHT هي مجموعة من المقاريب الراديوية حول العالم تعمل مع بعضها البعض. يعملون على مبدأ قياس التداخل. معًا ، تعمل "النطاقات" كنوع من التلسكوب الافتراضي بحجم الأرض. هكذا حصلنا على تلسكوب كبير بما يكفي لرؤية الثقب الأسود. لكن EHT يعوقه نفس الشيء مثل التلسكوبات الأرضية الأخرى: الغلاف الجوي للأرض.

يمكن أن يخلق الغلاف الجوي للأرض الكثير من المشاكل لعلماء الفلك. يجب أن تتكيف التلسكوبات بطريقة ما مع الغلاف الجوي لجمع صور الأشياء على مسافات بعيدة. هذا هو السبب في بناء التلسكوبات في مواقع خاصة: من الناحية المثالية في البيئات القاحلة على علو شاهق.

توجد التلسكوبات الراديوية في EHT في مواقع عالية الارتفاع حول العالم. إنهم في جبال الألب وفي سييرا نيفادا وأتاكاما وهاواي. لكنها لا تزال محدودة بسبب الغلاف الجوي للأرض. وهذا الجو يمنع وصول الموجات الراديوية عالية التردد إلى "النطاقات".

"في الفضاء ، يمكنك إجراء ملاحظات على ترددات راديو أعلى ، لأن الترددات من الأرض يتم تصفيتها بواسطة الغلاف الجوي."
فريك رويلوفس ، مؤلف رئيسي ، جامعة رادبود.

هناك عامل مقيد آخر لفعالية EHT: حجم الأرض. على الأرض ، يمكننا فقط استخدام قياس التداخل لربط النطاقات التي لا تختلف عن "عرض" الأرض. لذا فإن أي تلسكوب افتراضي محدود بحجم كوكبنا نفسه.

لدى مؤلفي الورقة حل لمشكلة الغلاف الجوي ومشكلة حجم الأرض. ضع مقاريب الراديو في مكانها.

يسمون مشروعهم المقترح باسم Event Horizon Imager (EHI) ، ويقولون أنه يمكن أن ينتج صورًا للثقوب السوداء أكثر حدة بخمس مرات من EHT. الفكرة هي وضع قمرين أو ثلاثة أقمار صناعية في المدار لتكون بمثابة مراصد راديوية. هناك ، سيكونون خاليين من كل من قيود EHT.

يقول فريك رويلوفس ، مرشح الدكتوراه في جامعة رادبود والمؤلف الرئيسي للمقالة: "هناك الكثير من المزايا لاستخدام الأقمار الصناعية بدلاً من التلسكوبات الراديوية الدائمة على الأرض ، كما هو الحال مع تلسكوب Event Horizon Telescope (EHT)". "في الفضاء ، يمكنك إجراء ملاحظات على ترددات راديو أعلى ، لأن الترددات من الأرض يتم تصفيتها بواسطة الغلاف الجوي. المسافات بين التلسكوبات في الفضاء أكبر أيضًا. هذا يسمح لنا باتخاذ خطوة كبيرة إلى الأمام. سوف نكون قادرين على التقاط صور بدقة أكثر من خمسة أضعاف ما هو ممكن مع EHT ".

قام الفريق بإنشاء صور محاكاة للثقوب السوداء التي تمثل ما يمكن لـ EHI رؤيته.

ستؤدي الصور الأكثر وضوحًا للثقب الأسود إلى الحصول على معلومات أفضل يمكن استخدامها لاختبار نظرية النسبية العامة لأينشتاين بتفصيل أكبر. يقول أستاذ الفلك الراديوي هينو فالكي: "حقيقة أن الأقمار الصناعية تتحرك حول الأرض تحقق مزايا كبيرة". "معهم ، يمكنك التقاط صور مثالية تقريبًا لمشاهدة التفاصيل الحقيقية للثقوب السوداء. إذا حدثت انحرافات صغيرة عن نظرية أينشتاين ، يجب أن نكون قادرين على رؤيتها ".

تعد الاختبارات الإضافية لنظرية النسبية العامة لأينشتاين أحد الأهداف الرئيسية لـ EHI. في تبادل بريد إلكتروني مع مجلة الفضاء ، أوضح المؤلف الرئيسي فريك رويلوفس بهذه الطريقة: "تتنبأ نظرية آينشتاين للنسبية العامة بالضبط بحجم وشكل ظل الثقب الأسود. تتنبأ نظريات الجاذبية البديلة بأحجام وأشكال مختلفة ، ولكن الفرق مع التنبؤ من النسبية العامة يكون بشكل عام أصغر من 10٪ أو نحو ذلك. لذا ، لكي نتمكن من التمييز بين النسبية العامة ونظريات الجاذبية الأخرى ، نحتاج إلى صور عالية الدقة لا يمكننا الحصول عليها إلا من الملاحظات الفضائية. "

نعم ، هناك نظريات أخرى عن الجاذبية. على الرغم من أنه في كل مرة يتمكن العلماء من اختبار TGR لآينشتاين ، فإن الأدلة تدعم النظرية ، لا تزال هناك بعض الأسئلة الملحة. هناك العديد من النظريات البديلة للجاذبية في عالم العلوم ، وهي مرتبطة في الغالب بأسئلة غير مجاب عنها حول الثقوب السوداء والمادة المظلمة والطاقة المظلمة.

هناك العشرات من نظريات الجاذبية البديلة ، ومعظمها لم يكن جيدًا ضد الأدلة. لكنها موجودة لأنه إذا أثبتت إحدى هذه التجارب المصممة لاختبار TGR لآينشتاين أنها خاطئة ، فيجب أن يكون لدينا نظرية أخرى للعمل معها.

"مع EHT ، يتم نقل محركات الأقراص الثابتة مع البيانات إلى مركز المعالجة بالطائرة. هذا بالطبع غير ممكن في الفضاء ".

فولوديمير كودرياشوف ، باحث في مختبر Radboud Radio Lab و ESA / ESTEC.

هناك الكثير من التحديات التي يجب العمل عليها إذا ما تحقق EHI. مع EHT ، يحفظ كل مرصد بياناته على محرك أقراص صلبة يتم تسليمه إلى مركز معالجة البيانات. يتم دمج جميع البيانات من كل نطاق باستخدام ساعة ذرية للحصول على الدقة القصوى. ولكن كيف سيعمل ذلك في الفضاء؟

"مع EHT ، يتم نقل محركات الأقراص الثابتة مع البيانات إلى مركز المعالجة بالطائرة. قال فولوديمير كودرياشوف ، الباحث في مختبر راديو رادبود الذي يعمل أيضًا في ESA / ESTEC: "هذا بالطبع غير ممكن في الفضاء". وفقًا للصحيفة ، يمكن استخدام ارتباط ليزر لإرسال البيانات إلى Earth للمعالجة. ويقولون إن هناك بالفعل سابقة لذلك ، والبعثات الفضائية المستقبلية المخطط لها ستحسن اتصالات الليزر بشكل أكبر.

التحدي الآخر هو الموقع الدقيق وسرعات الأقمار الصناعية اللازمة لإنتاج صور حادة. قال كودرياشوف "إن المفهوم يتطلب أن تكون قادراً على التأكد من موقع الأقمار الصناعية وسرعتها بدقة شديدة". "ولكننا نعتقد حقا أن المشروع ممكن".

ستعمل EHI بالاقتران مع EHT كنوع من مقياس التداخل الهجين ، وتجمع البيانات من جميع المراصد الأرضية مع البيانات من المراصد المدارية. أفضل ما في العالمين.

قال فالكي: "إن استخدام هجين مثل هذا يمكن أن يوفر إمكانية إنشاء صور متحركة لثقب أسود ، وقد تكون قادرًا على ملاحظة المزيد والمزيد من المصادر الضعيفة".