Das Event Horizon Telescope (EHT) hat das globale Radioteleskop-Netzwerk um weitere Observatorien erweitert, und das erste Bild des Schwarzen Lochs unserer Galaxie kann in weniger als einem Jahr aufgenommen werden.
"Anfang nächsten Frühlings wird Event Horizon das Bild eines Schwarzen Lochs in der Mitte der Milchstraße reproduzieren", sagte Avery E. Broderick, Assistenzprofessor für Physik und Astronomie an der University of Waterloo, während eines Vortrags am 23. Juni 2015 im Perimeter Institute auf einer Konvergenzkonferenz.
Broderick, der auch Lehrer an diesem Institut ist, gab einen Einblick in die atemberaubenden Möglichkeiten, den temporären Raum um ein supermassives Schwarzes Loch in der Mitte der Milchstraße, genannt Schütze * (oder Schütze A *), zu erkunden, sodass sich das EHT auf die Erforschung der starken Schwerkraft konzentrieren wird.
"Es gibt nur zwei Orte im Universum, an denen Sie die starke Schwerkraft in großem, sehr großem Maßstab und um kompakte Objekte herum erforschen können", fügte er hinzu.
In Bezug auf die allgemeine Relativitätstheorie von Albert Einstein, der sie vor 100 Jahren formuliert hatte, sagte Broderick, dass es in den unerforschten Tiefen des Weltraums viele „Monster“ gibt, von denen eines die Gravitationsbedingungen rund um ein Schwarzes Loch sind. Aber diese Theorie könnte sich zum ersten Mal in der Geschichte der Menschheit ändern.
Winkelauflösung des Ereignishorizonts
EHT besteht aus vielen Funkobservatorien auf der ganzen Welt. Mit der Very Long Baseline Interferometry-Technologie (Ultra Long Base Interferometer oder VLBI) können viele unabhängige Funkantennen, die durch Hunderte oder Tausende von Kilometern voneinander getrennt sind, zusammen verwendet werden, um ein "virtuelles" Teleskop mit dem Durchmesser unseres Planeten zu erstellen. Die Möglichkeiten der leistungsstärksten optischen Teleskope auf dem Planeten sind bei der Beobachtung selbst der massereichsten Objekte, die im Universum bekannt sind, stark eingeschränkt. Und schwarze Löcher sind extrem kompakt und erscheinen wie winzige Staubflecken am Himmel. Während ihrer Aktivität existieren in den Kernen der meisten Galaxien, wie bekannt, supermassereiche Schwarze Löcher, die sie überschatten und im intergalaktischen Raum riesige Gebiete mit explosiven relativistischen Gasen erzeugen können. Sie können auch starke Auswirkungen auf die Entwicklung von Galaxien haben, so dass die Beobachtung dieser gravitativen "Nilpferde" eines der wichtigsten Ziele der modernen Astrophysik ist.
Um den Schützen A * durch den Ereignishorizont zu beobachten, ist eine extrem kleine Winkelauflösung erforderlich. Mit diesem Teleskop werden diese Zahlen auf einen Durchmesser von 50 Bogensekunden (Mikro-μas) geschätzt. Eines der leistungsstärksten optischen Infrarot-Observatorien der Welt (zwei Keck-Teleskope auf Mauna Kea in Hawaii) kann eine Winkelauflösung von bis zu 20000 μas haben. Es ist geplant, dass das 30-Meter-Teleskop (TMT) Indikatoren bei 7000 μas liefern kann. Obwohl diese Auflösungen für die optische Astronomie erstaunlich sind, reichen diese Ressourcen für die umfassende Forschung auf diesem Gebiet nicht aus, fügte Broderick hinzu.
Nach Abschluss der Projektvorbereitung wird die EHT mit einer Auflösung von 10 μas arbeiten, und diese Indikatoren eignen sich sehr gut zur Lösung des Problems. Diese Eigenschaften lassen einige faszinierende Möglichkeiten erkennen, nicht nur das erste Bild eines Schwarzen Lochs zu erhalten, sondern auch Einsteins allgemeine Relativitätstheorie zu testen, und sie werden auch dazu beitragen, den Vorhang für die Physik über die allgemeine Relativitätstheorie hinaus zu heben.
"Dies ist kein zukünftiges Experiment, es findet gerade statt", sagte Broderick und wies darauf hin, dass der "Prototyp" des EHT bereits über 9 Jahre Berufserfahrung verfügt. Die Beobachtungen von Schütze A * stammen jedoch bislang nur aus drei Abschnitten der Funkantennen EHT, und diese Daten waren zu knapp, um eine klare Sicht auf den „Ring“ eines Schwarzen Lochs zu ermöglichen. Diese Beobachtungen tragen jedoch wesentlich zum Verständnis der Eigenschaften des Schwarzen Lochs bei und helfen den theoretischen Physikern, zu erraten, was Schütze A * ist. Viele Fragen bleiben jedoch offen. Selbst im Hinblick auf das Schwarze Loch in der Mitte der Milchstraße bestehen erhebliche Unsicherheiten hinsichtlich des Verständnisses der Geometrie und Dynamik des Gebiets.
Die „klassische“ Theorie des Schwarzen Lochs beinhaltet einen Punkt ohne Rückkehr - einen Bereich, in dem die Gravitationsdeformation so groß ist, dass selbst Licht die Gravitationskraft eines Schwarzen Lochs, den sogenannten Ereignishorizont, nicht vermeiden kann. Es gibt auch eine Akkretionsscheibe, auf der das Material auf die Bereiche um den Ereignishorizont fällt, das ist die Erzeugung hoher Energien. Wir wissen jedoch nicht genau, was eine Akkretionsscheibe ist - groß, klein, dünn oder dick. Wir wissen auch nicht, ob diese Scheibe relativ zur Rückseite eines Schwarzen Lochs abgewinkelt ist (Astrophysiker sind sich sicher, dass Schütze A * ein rotierendes Schwarzes Loch ist). Vielleicht ist eines unserer Schwarzen Löcher auch eine Scheibe? Derzeit bleibt die Morphologie der ein Schwarzes Loch umgebenden Strukturen ein Rätsel.
Dieses Geheimnis erscheint als eine Art "Existenzkrise" für die EHT - warnt Broderick.
"Der Name des Ereignishorizont-Teleskops ist alles andere als zufällig. Es wurde angegeben, um das Vorhandensein eines Ereignishorizonts in einem Schwarzen Loch zu überprüfen. Wenn diese Theorie widerlegt würde, würde das Teleskop umbenannt", fügte er hinzu Heute ist das wahr und es gibt Horizonte der Ereignisse. "
Schütze A * flackert, flackert
Mit Ausnahme der unwahrscheinlichen Wende in der Physik gibt es derzeit einen Ereignishorizont, und es ist den Physikern gelungen, das Konzept seines Aussehens einzugrenzen - eine kleine Menge von Variablen und aktuellen Modellen, und dies stimmt mit den Daten überein, die aus dem EHT zu stammen beginnen.
"Ich bin mir nicht sicher, ob ich froh oder depressiv bin. Ich hatte gehofft, dass wir jetzt ein paar unerwartete Dinge finden, obwohl alles in Ordnung ist", scherzte Broderick. Obwohl die EHT bereits Ergebnisse hervorbringt und die Hoffnungen, bald die ersten Bilder von Schütze A * zu erhalten, hoch sind, ist noch ein weiter Weg und es sind Probleme zu überwinden.
Eines der Probleme, auf die Broderick hingewiesen hat, betrifft alle Bodenobservatorien. Wenn ein Blick durch die Atmosphäre geht, sehen wir das Funkeln von Sternen. Dieses Flimmern wird durch viele atmosphärische Einflüsse verursacht, einschließlich Turbulenzen in der oberen Atmosphäre und Feuchtigkeit. Wenn ein supermassereiches Schwarzes Loch beobachtet wird, erscheint ein ähnlicher Effekt in der Mitte unserer Galaxie - Schütze A * „flackert“ ebenfalls.
Wenn Sterne und interstellares Plasma zwischen uns und Sgr. * Verlaufen, können Szintillationen im empfangenen Signal auftreten, die zu kleinen Anomalien führen, die sofort korrigiert werden müssen. Nach einigen Jahren, in denen die EHT Operationen in vollem Umfang durchführt, wird seine Forschung von entscheidender Bedeutung sein, um zu verstehen, was den Akkretionsfluss um das Schwarze Loch herum antreibt. Wenn jedoch Szintillationseffekte nicht berücksichtigt werden, kann ein Phänomen wie die magnetohydrodynamische Turbulenz in der Nähe eines Schwarzen Lochs zu diffus werden, um untersucht zu werden.
Ähnlich wie bei bodengestützten Observatorien mit Lasern in der oberen Atmosphäre zur Messung der Turbulenz und zur Abstimmung mit adaptiver Optik wird das EHT ein adaptives Optikschema anwenden (jedoch ohne Laser), um diesen Effekt bei der Analyse der Ergebnisse zu beseitigen.
Tomographie des Weltraums
Die vielleicht vorteilhafteste Anwendung von EHT ist die Untersuchung von SGR-Ausbrüchen. *. Es ist bekannt, dass sie dort periodisch erzeugt werden.
Etwa einmal täglich beobachteten mehrere Observatorien eine Klärung der Emissionen von Sgr. * und dieses Phänomen verändert auch die Struktur des emittierten Bereichs. Dieser Blitz wurde als „Hot Spot“ im Akkretionsstrom in der Nähe des Ereignishorizonts interpretiert. Wenn das EHT voll einsatzbereit ist, kann es diese Hotspots nachverfolgen, ihre Herkunft nachvollziehen und den Prozess ihrer Reduzierung untersuchen. Astronomen hoffen auch, Hot Spots als Indikator zu verwenden, um die Struktur des temporären Raums in dieser Umgebung mit starker Schwerkraft zu skizzieren. "Dies eröffnet die Möglichkeit einer temporären Raumtomographie - diese Spots bewegen sich, sie entstehen in verschiedenen Bereichen des temporären Raums", sagte Broderick. "Und so wie es einmal am Tag passiert, sieht man ziemlich viele dieser Blitze."
Wie tief wir das Unbekannte in dieser einzigartigen Gravitationsregion nicht erforscht hätten und wir denken, dass wir eine ziemlich gute Plattform in der Theorie der Schwarzlochdynamik haben, aber ich möchte denken, dass EHT etwas Neues und möglicherweise Exotisches finden könnte über einen höchst unvorhersehbaren Raum am nächsten supermassiven Schwarzen Loch.
"Sobald wir das Bild haben, werden wir sehen, dass es wie eine Version des Beginns des 21. Jahrhunderts aussehen wird - ein blassblauer Punkt, vielleicht mit düstereren Untertönen ... Es gibt Monster, die sich darin verstecken Dunkelheit "- diese Schlussfolgerung hat Broderick.
