Gambaran pertama kami tentang lubang hitam adalah saat yang sangat penting bagi sains. Itulah bagaimana kita akan belajar lebih banyak lagi mengenai raksasa pelanggaran peraturan yang pelik ini.
Kini sekumpulan ahli astronomi dari Universiti Radboud di bandar Nijmegen, Belanda, bersama dengan Badan Angkasa Eropah dan rakan-rakan lain, sedang mengembangkan rancangan untuk mendapatkan gambar lubang hitam yang jauh lebih tajam.
Gambar pertama The Horizon Telescope (EHT) dari lubang hitam adalah kemenangan ilmiah dan kejayaan kerjasama, kejuruteraan, dan teknologi. Lontarkan juga rasa ingin tahu spesies kita tentang alam semula jadi. Ini adalah campuran yang kuat dan berkesan.
Tapi, gambar itu agak kabur, bukan? Ia masih merupakan kemenangan, dan banyak penyelidikan dan makalah baru akan dihasilkan daripadanya. Tetapi adakah ia lebih baik?
Kumpulan saintis itu mempunyai rancangan untuk melancarkan teleskop radio ke angkasa untuk mendapatkan gambar lubang hitam yang lebih jelas. Mereka telah menerbitkan makalah dalam jurnal Astronomy and Astrophysics yang memperincikan rancangan mereka. Matlamat akhir mereka? Untuk menguji Teori Relativiti Umum Einstein, sekali lagi.
"Teori relativiti umum Einstein meramalkan dengan tepat ukuran dan bentuk bayangan lubang hitam."
Freek Roelofs, Pengarang Utama, Universiti Radboud.
EHT adalah sekumpulan teleskop radio di seluruh dunia yang beroperasi bersama-sama. Mereka bekerja berdasarkan prinsip interferometri. Bersama-sama, 'ruang lingkup bertindak seperti sejenis teleskop maya seukuran Bumi. Begitulah cara kami mendapat teleskop yang cukup besar untuk melihat lubang hitam. Tetapi EHT terhambat oleh perkara yang sama dengan teleskop darat lain: atmosfer bumi.
Atmosfera bumi dapat menimbulkan banyak masalah bagi para astronom. Teleskop entah bagaimana harus menyesuaikan diri dengan atmosfer untuk mengumpulkan gambar objek pada jarak yang jauh. Itulah sebabnya teleskop dibina di lokasi khas: sesuai di persekitaran gersang di ketinggian tinggi.
Teleskop radio EHT berada di lokasi ketinggian tinggi di seluruh dunia. Mereka berada di Pegunungan Alpen, di Sierra Nevada, di Atacama, dan di Hawaii. Tetapi mereka masih dibatasi oleh atmosfer Bumi. Dan suasana itu menghalang gelombang radio frekuensi tertinggi daripada mencapai ruang lingkup.
"Di ruang angkasa, Anda dapat membuat pengamatan pada frekuensi radio yang lebih tinggi, kerana frekuensi dari Bumi disaring oleh atmosfer."
Freek Roelofs, Pengarang Utama, Universiti Radboud.
Terdapat satu lagi faktor pembatas untuk keberkesanan EHT: ukuran Bumi. Di Bumi kita hanya dapat menggunakan interferometri untuk menghubungkan ruang lingkup yang lebih jauh daripada "lebar" Bumi. Oleh itu, sebarang teleskop maya dibatasi oleh ukuran planet kita sendiri.
Penulis makalah ini mempunyai penyelesaian untuk masalah atmosfera dan masalah ukuran Bumi. Letakkan teleskop radio di tempatnya.
Mereka menyebut projek yang dicadangkan mereka sebagai Event Horizon Imager (EHI), dan mereka mengatakan bahawa ia dapat menghasilkan gambar lubang hitam lima kali lebih tajam daripada EHT. Ideanya ialah meletakkan dua atau tiga satelit di orbit yang akan berfungsi sebagai pemerhati radio. Di luar sana, mereka akan bebas dari kedua-dua batasan EHT.
"Ada banyak kelebihan menggunakan satelit daripada teleskop radio tetap di Bumi, seperti Teleskop Acara Horizon (EHT)," kata Freek Roelofs, calon PhD di Universiti Radboud dan penulis utama artikel. "Di ruang angkasa, Anda dapat membuat pengamatan pada frekuensi radio yang lebih tinggi, kerana frekuensi dari Bumi disaring oleh atmosfer. Jarak antara teleskop di angkasa juga lebih besar. Ini membolehkan kita mengambil langkah besar ke hadapan. Kami dapat mengambil gambar dengan resolusi lebih daripada lima kali yang mungkin dengan EHT. "
Pasukan ini membuat gambar simulasi lubang hitam yang mewakili apa yang dapat dilihat oleh EHI.
Imej yang lebih jelas dari lubang hitam akan menghasilkan maklumat yang lebih baik yang dapat digunakan untuk menguji Teori Relativiti Umum Einstein dengan lebih terperinci. "Fakta bahawa satelit bergerak mengelilingi Bumi memberikan banyak kelebihan," kata Profesor Astronomi Radio Heino Falcke. "Dengan mereka, anda dapat mengambil gambar yang sempurna untuk melihat perincian sebenar lubang hitam. Sekiranya penyimpangan kecil dari teori Einstein berlaku, kita seharusnya dapat melihatnya. "
Ujian lanjutan Teori Relativiti Umum Einstein adalah salah satu tujuan utama EHI. Dalam pertukaran e-mel dengan Space Magazine, penulis utama Freek Roelofs menjelaskannya dengan cara ini: "Teori relativiti umum Einstein meramalkan dengan tepat ukuran dan bentuk bayangan lubang hitam. Teori graviti alternatif meramalkan ukuran dan bentuk yang berbeza, tetapi perbezaan dengan ramalan dari relativiti am pada amnya lebih kecil daripada 10% atau lebih. Oleh itu, untuk dapat membezakan antara relativiti umum dan teori graviti lain, kita memerlukan gambar beresolusi tinggi yang hanya dapat kita perolehi dari pemerhatian berasaskan ruang angkasa. ”
Ya, ada teori graviti lain. Walaupun setiap kali para saintis dapat menguji TGR Einstein, bukti tersebut menyokong teori tersebut, masih ada beberapa pertanyaan yang menjengkelkan. Terdapat banyak teori graviti alternatif di luar sana dalam dunia sains, dan kebanyakannya berkaitan dengan soalan kita yang tidak dijawab mengenai lubang hitam, bahan gelap dan tenaga gelap.
Terdapat berpuluh-puluh teori graviti alternatif, dan kebanyakan dari mereka tidak berjaya membuktikan bukti tersebut. Tetapi ia wujud kerana jika salah satu eksperimen ini dirancang untuk menguji TGR Einstein membuktikannya salah, kita harus mempunyai teori lain untuk dikerjakan.
"Dengan EHT, cakera keras dengan data diangkut ke pusat pemprosesan dengan kapal terbang. Itu tentu tidak mungkin dilakukan di luar angkasa. "
Volodymyr Kudriashov, penyelidik di Radboud Radio Lab dan ESA / ESTEC.
Terdapat banyak cabaran yang harus ditangani jika EHI pernah terlaksana. Dengan EHT, setiap balai cerdas menyimpan datanya pada cakera keras yang dihantar ke pusat pemprosesan data. Semua data dari setiap ruang lingkup digabungkan menggunakan jam atom untuk ketepatan yang melampau. Tetapi bagaimana ia akan berfungsi di ruang angkasa?
"Dengan EHT, cakera keras dengan data diangkut ke pusat pemprosesan dengan kapal terbang. Itu tentu tidak mungkin dilakukan di luar angkasa, "kata Volodymyr Kudriashov, seorang penyelidik di Radboud Radio Lab yang juga bekerja di ESA / ESTEC. Menurut makalah tersebut, pautan laser dapat digunakan untuk mengirim data ke Bumi untuk diproses. Sudah ada preseden untuk itu, kata mereka, dan misi ruang angkasa yang dirancang akan memperbaiki komunikasi laser dengan lebih jauh lagi.
Cabaran lain adalah kedudukan dan kelajuan tepat satelit yang diperlukan untuk menghasilkan gambar yang tajam. "Konsep ini menuntut anda mesti dapat memastikan kedudukan dan kelajuan satelit dengan tepat," kata Kudriashov. "Tetapi kami benar-benar percaya bahawa projek ini dapat dilaksanakan."
EHI akan bekerja sama dengan EHT sebagai sejenis interferometer hibrid, menggabungkan data dari semua observatorium terestrial dengan data dari observatorium orbit. Yang terbaik dari kedua-dua dunia.
"Menggunakan kacukan seperti ini dapat memberikan kemungkinan membuat gambar bergerak dari lubang hitam, dan anda mungkin dapat melihat lebih banyak dan juga sumber yang lebih lemah," kata Falcke.
Sumber:
- Siaran Akhbar: Teleskop di ruang angkasa untuk gambar lubang hitam yang lebih tajam
- Kertas Penyelidikan: Simulasi pencitraan cakrawala peristiwa Sagittarius A * dari angkasa
- Teleskop Horizon Acara
