La nostra prima immagine di un buco nero è stata un grande momento per la scienza. È così che impareremo ancora di più su questi strani colossi che infrangono le regole.
Ora un gruppo di astronomi dell'Università Radboud nella città di Nimega, Paesi Bassi, insieme all'Agenzia spaziale europea e ad altri partner, stanno sviluppando un piano per ottenere immagini molto più nitide di buchi neri.
La prima immagine di Event Horizon Telescope (EHT) di un buco nero è stata un trionfo scientifico e un'impresa di cooperazione, ingegneria e tecnologia. Getta anche nell'innata curiosità della nostra specie per la natura. È un mix potente ed efficace.
Ma l'immagine era un po 'sfocata, no? È ancora un trionfo e ne deriveranno molte ricerche e nuovi articoli. Ma potrebbe essere ancora meglio?
Il gruppo di scienziati ha un piano per il lancio di radiotelescopi nello spazio per ottenere immagini più chiare di buchi neri. Hanno pubblicato un articolo sulla rivista Astronomy and Astrophysics che illustra in dettaglio i loro piani. Il loro obiettivo finale? Per testare di nuovo la teoria della relatività generale di Einstein.
"La teoria della relatività generale di Einstein prevede esattamente quale dimensione e forma dovrebbe avere un'ombra del buco nero."
Freek Roelofs, autore principale, Radboud University.
L'EHT è un gruppo di radiotelescopi di tutto il mondo che operano in congiunzione. Funzionano secondo il principio dell'interferometria. Insieme, gli "ambiti si comportano come una specie di telescopio virtuale delle dimensioni della Terra. È così che abbiamo un telescopio abbastanza grande da vedere un buco nero. Ma l'EHT è ostacolato dalla stessa cosa di altri telescopi terrestri: l'atmosfera terrestre.
L'atmosfera terrestre può creare molti problemi agli astronomi. I telescopi devono in qualche modo adattarsi all'atmosfera per raccogliere immagini di oggetti a grandi distanze. Ecco perché i telescopi sono costruiti in luoghi speciali: idealmente in ambienti aridi in alta quota.
I radiotelescopi dell'EHT si trovano in luoghi ad alta quota in tutto il mondo. Sono nelle Alpi, nella Sierra Nevada, ad Atacama e alle Hawaii. Ma sono ancora limitati dall'atmosfera terrestre. E quell'atmosfera impedisce alle onde radio ad alta frequenza di raggiungere gli "scopi".
"Nello spazio, è possibile effettuare osservazioni a frequenze radio più elevate, perché le frequenze dalla Terra vengono filtrate dall'atmosfera".
Freek Roelofs, autore principale, Radboud University.
C'è un altro fattore limitante per l'efficacia dell'EHT: la dimensione della Terra. Sulla Terra possiamo usare solo l'interferometria per collegare gli ambiti non oltre la "larghezza" della Terra. Quindi qualsiasi telescopio virtuale è limitato dalle dimensioni del nostro pianeta stesso.
Gli autori dell'articolo hanno una soluzione sia al problema dell'atmosfera che al problema delle dimensioni della Terra. Posizionare i radiotelescopi.
Chiamano il loro progetto proposto l'Event Horizon Imager (EHI) e affermano che può produrre immagini di buchi neri cinque volte più nitide dell'EHT. L'idea è di mettere in orbita due o tre satelliti che fungano da osservatori radio. Là fuori sarebbero liberi da entrambe le limitazioni dell'EHT.
"Ci sono molti vantaggi nell'utilizzare i satelliti anziché i radiotelescopi permanenti sulla Terra, come con l'Event Horizon Telescope (EHT)", afferma Freek Roelofs, dottorando presso la Radboud University e autore principale dell'articolo. “Nello spazio, puoi fare osservazioni a frequenze radio più alte, perché le frequenze dalla Terra vengono filtrate dall'atmosfera. Anche le distanze tra i telescopi nello spazio sono maggiori. Questo ci consente di fare un grande passo avanti. Saremmo in grado di scattare immagini con una risoluzione più di cinque volte ciò che è possibile con l'EHT. "
Il team ha creato immagini simulate di buchi neri che rappresentano ciò che l'EHI sarebbe in grado di vedere.
Le immagini più nitide di un buco nero porteranno a informazioni migliori che potrebbero essere utilizzate per testare la Teoria della relatività generale di Einstein in modo più dettagliato. "Il fatto che i satelliti si muovano intorno alla Terra offre notevoli vantaggi", afferma il professor Heino Falcke di Radioastronomia. “Con loro, puoi scattare immagini quasi perfette per vedere i dettagli reali dei buchi neri. Se si verificano piccole deviazioni dalla teoria di Einstein, dovremmo essere in grado di vederle. "
Ulteriori test della teoria della relatività generale di Einstein sono uno dei principali obiettivi dell'EHI. In uno scambio di e-mail con Space Magazine, l'autore principale Freek Roelofs lo ha spiegato in questo modo: "La teoria della relatività generale di Einstein prevede esattamente quale dimensione e forma dovrebbe avere un'ombra del buco nero. Teorie alternative della gravità prevedono dimensioni e forme diverse, ma la differenza con la previsione della relatività generale è generalmente inferiore al 10% circa. Quindi, per essere in grado di distinguere tra relatività generale e altre teorie della gravità, abbiamo bisogno delle immagini ad alta risoluzione che possiamo ottenere solo dalle osservazioni spaziali. "
Sì, ci sono altre teorie della gravità. Anche se ogni volta che gli scienziati sono in grado di testare la TGR di Einstein le prove supportano la teoria, ci sono ancora alcune domande minacciose. Esistono diverse teorie alternative della gravità nel mondo della scienza, e sono per lo più legate alle nostre domande senza risposta su buchi neri, materia oscura ed energia oscura.
Ci sono dozzine di teorie alternative sulla gravità, e la maggior parte di esse non ha reagito bene alle prove. Ma esistono perché se uno di questi esperimenti progettato per testare la TGR di Einstein lo dimostra falso, dobbiamo avere un'altra teoria con cui lavorare.
“Con l'EHT, i dischi rigidi con dati vengono trasportati al centro di elaborazione in aereo. Questo ovviamente non è possibile nello spazio. "
Volodymyr Kudriashov, ricercatore presso Radboud Radio Lab e ESA / ESTEC.
Ci sono molte sfide da risolvere se l'EHI dovesse mai accadere. Con l'EHT, ciascun osservatorio salva i propri dati su un disco rigido che viene consegnato a un centro di elaborazione dati. Tutti i dati di ciascun ambito vengono combinati utilizzando un orologio atomico per la massima precisione. Ma come funzionerà nello spazio?
“Con l'EHT, i dischi rigidi con dati vengono trasportati al centro di elaborazione in aereo. Ovviamente ciò non è possibile nello spazio ", ha affermato Volodymyr Kudriashov, ricercatore del Radboud Radio Lab che lavora anche presso l'ESA / ESTEC. Secondo il documento, un collegamento laser potrebbe essere utilizzato per inviare i dati sulla Terra per l'elaborazione. C'è già un precedente per quello, dicono, e le future missioni spaziali pianificate perfezioneranno ulteriormente le comunicazioni laser.
Un'altra sfida è la posizione e la velocità precise dei satelliti necessari per produrre immagini nitide. "Il concetto richiede che tu sia in grado di accertare la posizione e la velocità dei satelliti in modo molto accurato", ha affermato Kudriashov. "Ma crediamo davvero che il progetto sia fattibile".
L'EHI lavorerebbe in collaborazione con l'EHT come una specie di interferometro ibrido, combinando i dati di tutti gli osservatori terrestri con i dati degli osservatori orbitali. Il meglio dei due mondi.
"L'uso di un ibrido come questo potrebbe fornire la possibilità di creare immagini in movimento di un buco nero e potresti essere in grado di osservare ancora di più e anche fonti più deboli", ha detto Falcke.
Fonti:
- Comunicato stampa: telescopi nello spazio per immagini ancora più nitide di buchi neri
- Research Paper: Simulazioni di imaging dell'orizzonte degli eventi del Sagittario A * dallo spazio
- Event Horizon Telescope
