Unser erstes Bild eines Schwarzen Lochs war ein großer Moment für die Wissenschaft. Aber wir können hier nicht aufhören. Wir brauchen bessere Bilder, die mehr Informationen liefern. So erfahren wir noch mehr über diese seltsamen, regelbrechenden Giganten.
Jetzt eine Gruppe von Astronomen aus der Radboud-Universität in der Stadt Nijmegen, Niederlande, entwickeln zusammen mit der Europäischen Weltraumorganisation und anderen Partnern einen Plan, um viel schärfere Bilder von Schwarzen Löchern zu erhalten.
Die Event Horizon Telescope (EHT) war das erste Bild eines Schwarzen Lochs ein wissenschaftlicher Triumph und eine Leistung von Kooperation, Technik und Technologie. Fügen Sie auch die angeborene Neugier unserer Spezies auf die Natur hinzu. Es ist eine potente, effektive Mischung.
Aber das Bild war irgendwie verschwommen, oder? Es ist immer noch ein Triumph, und viele Forschungen und neue Arbeiten werden daraus resultieren. Aber könnte es noch besser sein?
Das Event Horizon Telescope (EHT) – eine planetengroße Anordnung von acht bodengebundenen Radioteleskopen, die durch internationale Zusammenarbeit geschmiedet wurde – wurde entwickelt, um Bilder eines Schwarzen Lochs aufzunehmen. Der hier zu sehende Schatten eines Schwarzen Lochs kommt einem Bild des Schwarzen Lochs selbst am nächsten, einem völlig dunklen Objekt, aus dem kein Licht entweichen kann. Bildquelle: EHT.
Die Wissenschaftlergruppe plant, Radioteleskope ins All zu starten, um klarere Bilder von Schwarzen Löchern zu erhalten. Sie haben veröffentlicht a Papier im Tagebuch Astronomie und Astrophysik detailliert ihre Pläne. Ihr Endziel? Um noch einmal Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie zu testen.
Freek Roelofs, Hauptautor, Radboud University.
„Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie sagt genau voraus, welche Größe und Form ein Schatten eines Schwarzen Lochs haben sollte.“
Das EHT ist eine Gruppe von Radioteleskopen auf der ganzen Welt, die in Verbindung miteinander arbeiten. Sie arbeiten nach dem Prinzip der Interferometrie . Zusammen wirken die „Scopes“ wie eine Art virtuelles Teleskop von der Größe der Erde. So haben wir ein Teleskop bekommen, das groß genug ist, um ein Schwarzes Loch zu sehen. Aber das EHT wird durch dasselbe behindert wie andere terrestrische Teleskope: die Erdatmosphäre.
Die Erdatmosphäre kann Astronomen viele Probleme bereiten. Teleskope müssen sich irgendwie an die Atmosphäre anpassen, um Bilder von Objekten in großer Entfernung aufnehmen zu können. Teleskope werden deshalb an besonderen Orten gebaut: idealerweise in trockenen Umgebungen in großer Höhe.
Die EHTs Radioteleskope befinden sich in Höhenlagen rund um den Globus. Sie sind in den Alpen, in der Sierra Nevada, in Atacama und auf Hawaii. Aber sie werden immer noch durch die Erdatmosphäre begrenzt. Und diese Atmosphäre verhindert, dass die höchstfrequenten Radiowellen die „Scopes“ erreichen.
Freek Roelofs, Hauptautor, Radboud University.
„Im Weltraum kann man bei höheren Radiofrequenzen Beobachtungen machen, weil die Frequenzen der Erde von der Atmosphäre herausgefiltert werden.“
Es gibt noch einen weiteren limitierenden Faktor für die Wirksamkeit des EHT: die Größe der Erde. Auf der Erde können wir Interferometrie nur verwenden, um Zielfernrohre zu verbinden, die nicht weiter als die „Breite“ der Erde voneinander entfernt sind. Jedes virtuelle Teleskop ist also durch die Größe unseres Planeten selbst begrenzt.
Die Autoren des Papiers haben eine Lösung sowohl für das Atmosphärenproblem als auch für das Erdgrößenproblem. Stellen Sie Radioteleskope auf.
Sie nennen ihr vorgeschlagenes Projekt den Event Horizon Imager (EHI) und sagen, dass er Bilder von Schwarzen Löchern fünfmal schärfer als der EHT erzeugen kann. Die Idee ist, zwei oder drei Satelliten in die Umlaufbahn zu bringen, die als Radioobservatorien fungieren würden. Da draußen wären sie frei von beiden Einschränkungen des EHT.
Das EHT besteht aus sieben separaten Einrichtungen auf der ganzen Welt, die durch Interferometrie verbunden sind. Das EHT lieferte uns das erste Bild des Ereignishorizonts eines Schwarzen Lochs. Bild: EHT
„Der Einsatz von Satelliten anstelle von permanenten Radioteleskopen auf der Erde wie beim Event Horizon Telescope (EHT) hat viele Vorteile“, sagt Freek Roelofs, Doktorand an der Radboud University und Erstautor des Artikels. „Im Weltraum kann man bei höheren Radiofrequenzen Beobachtungen machen, weil die Frequenzen der Erde von der Atmosphäre herausgefiltert werden. Auch die Abstände zwischen den Teleskopen im Weltraum sind größer. Damit können wir einen großen Schritt nach vorne machen. Wir könnten Bilder mit einer mehr als fünffachen Auflösung aufnehmen, die mit dem EHT möglich ist.“
Das Team erstellte simulierte Bilder von Schwarzen Löchern, die darstellen, was das EHI sehen könnte.
Der EHI konnte Bilder mit einer fünfmal höheren Auflösung aufnehmen als der EHT. Bildquelle: F. Roelofs und M. Moscibrodzka, Radboud University
Schärfere Bilder eines Schwarzen Lochs werden zu besseren Informationen führen, die verwendet werden könnten, um Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie genauer zu testen. „Die Tatsache, dass sich die Satelliten um die Erde bewegen, bringt erhebliche Vorteile“, sagt Radioastronomie-Professor Heino Falcke. „Mit ihnen können Sie nahezu perfekte Bilder aufnehmen, um die echten Details von Schwarzen Löchern zu sehen. Wenn kleine Abweichungen von Einsteins Theorie auftreten, sollten wir sie sehen können.“
Weitere Tests von Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie sind eines der Hauptziele des EHI. In einem E-Mail-Austausch mit Universe Today erklärte Hauptautor Freek Roelofs es so: „Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie sagt genau voraus, welche Größe und Form ein Schatten eines Schwarzen Lochs haben sollte. Alternative Gravitationstheorien sagen unterschiedliche Größen und Formen voraus, aber der Unterschied zur Vorhersage aus der allgemeinen Relativitätstheorie ist im Allgemeinen kleiner als 10 % oder so. Um also zwischen der Allgemeinen Relativitätstheorie und anderen Gravitationstheorien unterscheiden zu können, brauchen wir die hochauflösenden Bilder, die wir nur aus weltraumgestützten Beobachtungen gewinnen können.“
Ja, es gibt andere Theorien der Schwerkraft. Obwohl jedes Mal, wenn Wissenschaftler Einsteins TGR testen können, die Beweise die Theorie stützen, gibt es immer noch einige knifflige Fragen. Es gibt mehrere alternative Theorien der Schwerkraft in der Wissenschaftswelt, und sie sind hauptsächlich mit unseren unbeantworteten Fragen zu Schwarzen Löchern, Dunkler Materie und Dunkler Energie verbunden.
Es gibt Dutzende von alternative Theorien der Schwerkraft , und die meisten von ihnen haben sich gegen die Beweise nicht gut geschlagen. Aber sie existieren, denn wenn eines dieser Experimente zum Testen von Einsteins TGR sich als falsch erweist, müssen wir mit einer anderen Theorie arbeiten.
„Mit dem EHT werden Festplatten mit Daten per Flugzeug ins Rechenzentrum transportiert. Im Weltraum ist das natürlich nicht möglich.“
Volodymyr Kudriashov, Forscher am Radboud Radio Lab und ESA/ESTEC.
Es gibt viele Herausforderungen, die es zu lösen gilt, wenn der EHI jemals zustande kommt. Beim EHT speichert jede Sternwarte ihre Daten auf einer Festplatte, die an ein Rechenzentrum geliefert wird. Alle Daten von jedem Zielfernrohr werden mit einer Atomuhr für extreme Präzision kombiniert. Aber wie soll das im Weltraum funktionieren?
„Mit dem EHT werden Festplatten mit Daten per Flugzeug ins Rechenzentrum transportiert. Das ist im Weltraum natürlich nicht möglich“, sagt Volodymyr Kudriashov, Forscher am Radboud Radio Lab, der auch bei ESA/ESTEC arbeitet. Laut dem Papier, a Laserlink könnte verwendet werden, um die Daten zur Verarbeitung an die Erde zu senden. Dafür gebe es bereits einen Präzedenzfall, und geplante zukünftige Weltraummissionen werden die Laserkommunikation noch weiter verfeinern.
Das ALMA-Array in Chile, Teil des EHT. Bild: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), O. Dessibourg
Eine weitere Herausforderung sind die genaue Position und Geschwindigkeit der Satelliten, die für scharfe Bilder erforderlich sind. „Das Konzept verlangt, dass man Position und Geschwindigkeit der Satelliten sehr genau bestimmen kann“, sagt Kudriashov. „Aber wir glauben fest daran, dass das Projekt machbar ist.“
Das EHI würde in Verbindung mit dem EHT als eine Art Hybrid-Interferometer arbeiten, das die Daten aller terrestrischen Observatorien mit den Daten der Orbitalobservatorien kombiniert. Das Beste aus beiden Welten.
„Der Einsatz eines solchen Hybrids könnte die Möglichkeit bieten, bewegte Bilder eines Schwarzen Lochs zu erstellen, und man könnte möglicherweise noch mehr und auch schwächere Quellen beobachten“, sagte Falcke.
