De Event Horizon Telescope (EHT) heeft een groter aantal observatoria toegevoegd aan het wereldwijde netwerk van radiotelescopen, en het eerste beeld van het zwarte gat van onze melkweg kan in minder dan een jaar worden verkregen.
"Begin volgend voorjaar zal Event Horizon het beeld van een zwart gat in het midden van de Melkweg reproduceren," zei Avery E. Broderick, assistent-professor fysica en astronomie aan de Universiteit van Waterloo, tijdens een presentatie in het Perimeter Institute tijdens een conferentie over convergentie op 23 juni 2015.
Broderick, die ook een leraar is aan dit instituut, heeft enkele van de verbazingwekkende mogelijkheden gedeeld om de tijdelijke ruimte rond een superzwaar zwart gat in het midden van de Melkweg te verkennen, genaamd Boogschutter * (of Boogschutter A *), dus de EHT zal zich concentreren op het verkennen van sterke zwaartekracht.
"Er zijn maar twee plaatsen in het universum waar je sterke zwaartekracht kunt ontdekken op grote, zeer grote schaal en rond compacte voorwerpen," voegde hij eraan toe.
Verwijzend naar de studie van de algemene relativiteitstheorie door Albert Einstein, die het 100 jaar geleden formuleerde - vanaf het begin van de kaarten gemaakt door zeilers, zei Broderick dat er veel "monsters" zijn in de onontgonnen diepten van de ruimte, waarvan er één de zwaartekrachtsomstandigheden rondom een zwart gat is. Maar deze theorie kan voor de eerste keer in de geschiedenis van de mensheid veranderen.
Hoekresolutie van Event Horizon
EHT bestaat uit vele radio-observatoria over de hele wereld. Met Very Long Baseline Interferometry (een ultra-long-base interferometer of VLBI) -technologie kunnen veel onafhankelijke radioantennes, gescheiden door honderden of duizenden mijlen, samen worden gebruikt om een "virtuele" telescoop te creëren met de diameter van onze planeet. De mogelijkheden van de krachtigste optische telescopen op de planeet zijn ernstig beperkt in de observatie van zelfs de meest massieve objecten die in het universum bekend zijn. En zwarte gaten zijn extreem compact en lijken op kleine stippen stof in de lucht. Tijdens hun activiteit bestaan supermassieve zwarte gaten, zoals bekend, in de kernen van de meeste sterrenstelsels, kunnen ze overschaduwen en enorme gebieden van explosieve relativistische gassen in de intergalactische ruimte genereren. Ze kunnen ook krachtige effecten hebben op de evolutie van sterrenstelsels, dus de observatie van deze zwaartekrachtige "nijlpaarden" is een van de belangrijkste doelen van moderne astrofysica.
Om Sagittarius A * tot en met Event Horizon te observeren, is een extreem kleine hoekresolutie vereist. Met deze telescoop worden deze cijfers geschat op 50 boogseconden (micro μas) in diameter. Een van de krachtigste optische infraroodobservatoria ter wereld (twee Keck-telescopen boven op Mauna Kea op Hawaï) kan een hoekresolutie van maximaal 20000 μas hebben. Het is de bedoeling dat de dertig meter lange telescoop (TMT) in staat zal zijn indicatoren te leveren op 7000 μas. Hoewel deze resoluties verbazingwekkend zijn voor optische astronomie, zijn deze middelen niet voldoende voor volwaardig onderzoek op dit gebied, voegde Broderick toe.
Na afronding van de voorbereiding voor het project werkt de EHT met een resolutie van 10 μas, en deze indicatoren zijn zeer goed voor het oplossen van het probleem. Deze kenmerken suggereren enkele intrigerende mogelijkheden om niet alleen het eerste beeld van een zwart gat te verkrijgen, maar ook om de algemene relativiteitstheorie van Einstein te testen, en ze zullen ook helpen het gordijn op de fysica boven de algemene relativiteitstheorie te houden.
"Dit is geen toekomstig experiment, het gebeurt nu," zei Broderick, erop wijzend dat het "prototype" van de EHT al 9 jaar werkervaring heeft. Maar de waarnemingen van Boogschutter A * zijn tot dusverre alleen afkomstig van drie delen van de radioantennes EHT, en deze gegevens waren te schaars om een duidelijk zicht te krijgen op de "ring" van een zwart gat. Deze observaties leveren echter een serieuze bijdrage aan het begrijpen van de kenmerken van het zwarte gat, waardoor theoretische natuurkundigen kunnen raden wat Boogschutter A * is, maar veel vragen blijven onbeantwoord. Zelfs met betrekking tot het zwarte gat in het centrum van de Melkweg, zijn er serieuze onzekerheden met betrekking tot het begrip van de geometrie en dynamiek van het gebied.
De "klassieke" black hole-theorie omvat een point of no return - een gebied waar de zwaartekrachtsvervorming zo groot is dat zelfs licht de zwaartekracht van een zwart gat, de gebeurtenishorizon, niet kan vermijden. Er is ook een aanwasschijf, waar het materiaal op de gebieden rond de gebeurtenissenhorizon valt, dit is het genereren van hoge energieën. Maar we weten niet echt wat een aanzuigschijf is - groot, klein, dun of dik. We weten ook niet of deze schijf gehoekt is ten opzichte van de achterkant van een zwart gat (astrofysici weten zeker dat Boogschutter A * een roterend zwart gat is). Misschien is een van onze zwarte gaten ook een schijf? Op dit moment blijft de morfologie van de structuren rond een zwart gat een raadsel.
Dit geheim verschijnt als een soort van "existentiële crisis" voor de EHT - waarschuwt Broderick.
"De naam van de Event Horizon Telescope-telescoop is allesbehalve per ongeluk, hij werd gebruikt om te controleren op de aanwezigheid van een gebeurtenishorizon in een zwart gat, als deze theorie werd weerlegd, zou de telescoop worden hernoemd," voegde hij eraan toe, "gelukkig vond de EHT het beste bewijs op vandaag is dat waar en bestaan er horizonten van gebeurtenissen. "
Boogschutter A * flikkert, flikkert
Momenteel, met uitzondering van de onwaarschijnlijke ommekeer van de fysica, is er een gebeurtenishorizon en fysici zijn erin geslaagd het concept van hoe het eruit zal zien te verkleinen - een kleine set variabelen en huidige modellen, en dit is consistent met de gegevens die beginnen te komen van de EHT.
"Ik weet niet zeker of ik blij ben of depressief, ik hoopte dat we nu een aantal onverwachte dingen zouden vinden, hoewel alles in orde is," grapte Broderick. Hoewel de EHT al resultaten oplevert en hoopt dat de eerste afbeeldingen van Boogschutter A * snel zijn, hoog zijn, is er nog een lange weg te gaan en moeten problemen worden overwonnen.
Een van de problemen die Broderick aangaf, is een probleem voor alle grondwaarnemingscentra. Wanneer een blik door de atmosfeer gaat, zien we de fonkelende sterren. Deze flikkering wordt veroorzaakt door veel atmosferische invloeden, waaronder turbulentie in de bovenste atmosfeer en vocht. Wanneer een superzwaar zwart gat wordt waargenomen, verschijnt een vergelijkbaar effect in het centrum van onze Melkweg - Boogschutter A * flitst ook.
Wanneer sterren en interstellair plasma tussen ons en Sgr. * Passeren, kunnen scintillaties in het ontvangen signaal optreden, waardoor kleine anomalieën worden gecreëerd die onmiddellijk moeten worden gecorrigeerd. Na een paar jaar, wanneer de EHT grootschalige operaties uitvoert, zal zijn onderzoek cruciaal zijn om te begrijpen wat de aanwasvloei rond het zwarte gat veroorzaakt. Maar als scintillatie-effecten niet in aanmerking worden genomen, kan een dergelijk fenomeen als magnetohydrodynamische turbulentie in de buurt van een zwart gat te diffuus worden om te bestuderen.
Net als bij op de grond gebaseerde observatoria met lasers in de bovenste atmosfeer voor het meten van de hoeveelheid turbulentie en afstemming met behulp van adaptieve optica, zal de EHT een adaptief optisch schema (maar zonder lasers) toepassen om dit effect te verwijderen bij het analyseren van de resultaten.
Tomografie van ruimte
Misschien is het meest nuttige gebruik van EHT het bestuderen van SGR-uitbraken. *. Het is bekend dat ze daar periodiek worden gegenereerd.
Ongeveer één keer per dag observeerden verschillende observatoria een verduidelijking van de emissies van Sgr. * en dit fenomeen verandert ook de structuur van het uitgestraalde gebied. Deze flits werd geïnterpreteerd als een "hot spot" in de aanwasstroom nabij de gebeurtenishorizon. Wanneer de EHT volledig operationeel is, zal deze in staat zijn om deze hotspots te volgen, hun oorsprong te traceren en te kijken naar het proces om ze te verminderen. Astronomen hopen ook hot spots te gebruiken als een indicator om de structuur van tijdelijke ruimte in deze sterke zwaartekrachtomgeving te schetsen. "Dit opent de deur naar de mogelijkheid van een tijdelijke ruimtetomografie - deze vlekken bewegen, ze ontstaan in verschillende delen van de tijdelijke ruimte," zei Broderick. "En de manier waarop het eenmaal per dag gebeurt, kunt u een flink aantal van deze flitsen zien."
Hoe diep hadden we het onbekende in deze unieke zwaartekrachtregio niet onderzocht, en we denken dat we een redelijk goed platform hebben in de theorie van black hole-dynamica, maar ik wil denken dat EHT iets nieuws en, misschien, exotisch kan vinden over een zeer onvoorspelbare ruimte het dichtstbijzijnde supermassieve zwarte gat.
"Ik zou graag willen denken dat zodra we het beeld krijgen, we zullen zien dat het eruit zal zien als de versie van het begin van de 21e eeuw - een lichtblauwe punt, misschien met meer sinistere ondertoon ... Er zijn monsters die zich schuil houden in duisternis "- deze conclusie deed Broderick.
