宇宙望遠鏡を追加すれば、ブラックホールの写真はもっと良いかもしれません

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ブラックホールの最初の写真は、科学にとって大きな瞬間でした。これが、奇妙でルールを破る巨大な巨大動物についてさらに学ぶ方法です。

現在、オランダのナイメーヘン市にあるラドブッド大学の天文学者のグループは、欧州宇宙機関や他のパートナーとともに、ブラックホールのより鮮明な画像を取得する計画を立てています。

Event Horizon Telescope（EHT）のブラックホールの最初の写真は、科学的な勝利であり、協力、エンジニアリング、テクノロジーの偉業でした。私たちの種の自然に対する好奇心も投げ入れてください。それは強力で効果的なミックスです。

でも、その絵はちょっとぼやけていましたね。それはまだ勝利であり、それから多くの研究と新しい論文が生まれます。しかし、それはもっと良いのだろうか？

科学者のグループは、ブラックホールのより明確な画像を取得するために電波望遠鏡を宇宙に打ち上げる計画を持っています。彼らは彼らの計画を詳述した論文を「天文学と天体物理学」誌に発表しました。彼らの最終目標は？アインシュタインの一般相対性理論をもう一度テストします。

「アインシュタインの一般相対性理論は、ブラックホールの影のサイズと形を正確に予測します。」
Radboud大学の主執筆者、Freek Roelofs氏。

EHTは、世界中で互いに連動して動作する電波望遠鏡のグループです。彼らは干渉法の原理に取り組んでいます。一緒に、「スコープは地球サイズの一種の仮想望遠鏡のように機能します。それで、ブラックホールを見るのに十分な大きさの望遠鏡ができました。しかし、EHTは他の地上望遠鏡と同じこと、つまり地球の大気によって妨げられています。

地球の大気は天文学者にとって多くの問題を引き起こす可能性があります。望遠鏡は遠距離にある物体の画像を収集するために、どういうわけか大気に順応する必要があります。そのため、望遠鏡は特別な場所に設置されています。理想的には、標高の高い乾燥した環境にあります。

EHTの電波望遠鏡は、世界中の標高の高い場所にあります。彼らはアルプス、シエラネバダ、アタカマ、そしてハワイにいます。しかし、それらはまだ地球の大気によって制限されています。そして、その大気は、最高周波数の電波が「スコープ」に到達するのを防ぎます。

「宇宙では、地球からの周波数が大気によってフィルタリングされるため、より高い無線周波数で観測を行うことができます。」
Radboud大学の主執筆者、Freek Roelofs氏。

EHTの有効性には、地球のサイズというもう1つの制限要因があります。地球上では、干渉計を使用してスコープをリンクできるだけであり、地球の「幅」以外の距離をリンクすることはできません。したがって、どの仮想望遠鏡も私たちの惑星自体のサイズによって制限されます。

この論文の著者は、大気問題と地球サイズ問題の両方に対する解決策を持っています。電波望遠鏡を設置します。

彼らは彼らの提案されたプロジェクトをEvent Horizon Imager（EHI）と呼び、それはEHTより5倍シャープなブラックホールの画像を生成できると言います。アイデアは、電波観測所として機能する2つまたは3つの衛星を軌道に乗せることです。そこには、EHTの両方の制限がありません。

Radboud大学の博士号取得者であり、この記事の筆頭著者でもあるFreek Roelofs氏は、次のように述べています。「地球上で恒久的な電波望遠鏡の代わりに衛星を使用することには、多くの利点があります。「宇宙では、地球からの周波数が大気によってフィルタリングされるため、より高い無線周波数で観測を行うことができます。宇宙での望遠鏡間の距離も大きいです。これにより、大きな一歩を踏み出すことができます。 EHTの5倍以上の解像度で画像を撮ることができます。」

チームは、EHIが見ることができるものを表すブラックホールのシミュレーション画像を作成しました。

ブラックホールのシャープな画像は、アインシュタインの一般相対性理論をより詳細にテストするために使用できるより良い情報につながります。「衛星が地球を周回しているという事実は、かなりの利点をもたらします」と、電波天文学教授のHeino Falckeは言います。「それらを使用すると、ブラックホールの実際の詳細を確認するために、ほぼ完璧な画像を撮ることができます。アインシュタインの理論からの小さな逸脱が発生した場合、それらを見ることができるはずです。」

アインシュタインの一般相対性理論のさらなるテストは、EHIの主要な目標の1つです。 Space Magazineとのメール交換で、主執筆者のFreek Roelofsは次のように説明しています。「アインシュタインの一般相対性理論は、ブラックホールシャドウのサイズと形を正確に予測します。代替の重力理論では、さまざまなサイズと形状が予測されますが、一般相対論からの予測との差は、一般に10％程度です。したがって、一般相対性理論と他の重力理論を区別できるようにするには、空間ベースの観測からしか得られない高解像度の画像が必要です。」

はい、重力の他の理論があります。科学者がアインシュタインのTGRをテストできるたびに、証拠が理論を裏付けるものであるにもかかわらず、いくつかの難問があります。科学の世界には複数の代替重力理論があり、それらは主にブラックホール、ダークマター、ダークエネルギーに関する未回答の質問と結びついています。

数十の代替重力理論があり、それらのほとんどは証拠にうまく対応していません。しかし、アインシュタインのTGRをテストするために設計されたこれらの実験の1つが誤りであることが判明した場合、別の理論を使用する必要があるため、それらは存在します。

「EHTを使用すると、データが保存されているハードドライブが飛行機で処理センターに輸送されます。もちろん、それは宇宙では不可能です。」

Radboud Radio LabおよびESA / ESTECの研究者であるVolodymyr Kudriashov。

EHIが成功した場合、解決すべき課題はたくさんあります。 EHTを使用すると、各観測所はデータをデータ処理センターに配信されるハードドライブに保存します。各スコープからのすべてのデータは、アトミッククロックを使用して結合され、非常に正確です。しかし、それは宇宙でどのように機能しますか？

「EHTを使用すると、データが保存されているハードドライブが飛行機で処理センターに輸送されます。もちろん、それは宇宙では不可能です」と語ったのは、ESA / ESTECでも働いているラドブッドラジオラボの研究員であるVolodymyr Kudriashov氏です。この論文によると、レーザーリンクを使用してデータを地球に送信し、処理することができます。彼らはすでにその前例があり、計画されている将来の宇宙ミッションはレーザー通信をさらに洗練させるでしょう。