Предложен проект космического телескопа для получения новых изображений чёрных дыр
Недавно мир облетела новость: астрономы впервые получили изображение чёрной дыры. Учёные не намерены останавливаться на достигнутом и уже выдвинули проект системы космических радиотелескопов для создания ещё более подробных портретов, которые помогут открыть новые тайны "космических монстров".
Напомним, как радиоастрономы получают самые подробные изображения космических объектов. Сигнал с двух антенн, расположенных на расстоянии L (которое может составлять тысячи километров), сводится в единый центр и обрабатывается особым образом. В результате вся система работает как единый телескоп, способный увидеть такие же мелкие детали, как и гигантское зеркало диаметром L. Такой составной инструмент называется интерферометром, а отрезок, соединяющий две антенны, – его базой.
Исторические "кадры" чёрной дыры были получены с помощью инструмента "Телескоп горизонта событий" (Event Horizon Telescope, или EHT). Это комплекс из нескольких радиотелескопов, расположенных на разных континентах. Теперь учёные хотят получить ещё более подробные изображения.
Для этого им нужен интерферометр с ещё большим разрешением (способностью видеть мелкие детали). Есть два способа этого добиться. Во-первых, можно увеличить длину базы. Правда, этого нельзя сделать, оставаясь в пределах земного шара. Но учёные знают отличный выход, опробованный в том числе и на российском телескопе "Радиоастрон": запустить как минимум одну из антенн в космос.
Ещё один путь увеличить разрешение состоит в том, чтобы уменьшить длину волны наблюдений. Но EHT и так ведёт наблюдения на миллиметровых волнах, у самых границ "окна прозрачности" земной атмосферы. Значит, и эта стратегия требует космических запусков.
Исходя из этого, группа астрономов из Нидерландов и Германии предложила проект интерферометра Event Horizon Imager (EHI), что можно перевести как "Визуализатор горизонта событий". Описание проекта опубликовано в журнале Astronomy & Astrophysics.
Идея состоит в том, чтобы запустить на орбиту два или три радиотелескопа, работающие как интерферометр. При этом расстояния между ними будут больше, чем у телескопов EHT. Также предполагается уменьшить длину волны наблюдений в три раза. Такой инструмент будет в пять раз превосходить EHT по разрешению.
Дополнительные преимущества даст движение спутников по орбите. Дело вот в чём. Чтобы изображение, полученное интерферометром, было по-настоящему полным, одной базы недостаточно. Нужно как можно больше баз разной длины и ориентации. Этого можно добиться двумя способами.
Во-первых, можно взять несколько телескопов, расположенных на разных расстояниях и в разных положениях друг относительно друга (любой отрезок, соединяющий две антенны из этого набора, будет ещё одной базой). По этому пути пошли создатели EHT. Или же можно обойтись двумя-тремя зеркалами, но дать им возможность двигаться, ведя наблюдения из разных точек. Так и предлагают поступить авторы концепции EHI. Возможны и гибридные решения, в которых сочетаются оба варианта. Так работал "Радиоастрон", в котором одна подвижная космическая антенна "сотрудничала" со множеством наземных неподвижных телескопов.
"Тот факт, что спутники движутся вокруг Земли, даёт значительные преимущества, – объясняет соавтор проекта Хайно Фалькке (Heino Falcke) из Университета Неймегена в Нидерландах. – С их помощью можно получить почти идеальные изображения, чтобы увидеть реальные детали чёрных дыр. Если произойдут небольшие отклонения от теории Эйнштейна, мы сможем их увидеть".
Поясним, что учёный имеет в виду общую теорию относительности, связывающую пространство, время и гравитацию. Она с блеском прошла самые разнообразные проверки, но исследователи не устают придумывать всё новые тесты в надежде обнаружить условия, при которых теория перестаёт быть справедливой, и выйти на неизведанные просторы новой физики.
Смоделировав излучение горячей плазмы, окружающей чёрную дыру (а именно эти волны и принимают радиотелескопы), астрономы пришли к выводу, что EHI не только получит более качественные изображения по сравнению с EHT. Ему окажутся "по зубам" новые объекты.
Изображение, полученное на EHT, относится к чёрной дыре в галактике М87. Также этот инструмент нацелен на чёрную дыру в центре Млечного Пути. Уже получены небывало подробные изображения её окрестностей, но "портрет хозяйки" всё ещё ожидается. Команда EHT выбрала самые лёгкие цели, но даже они находятся на пределе возможностей инструмента, так что надежды получить изображения ещё каких-то чёрных дыр с помощью этого интерферометра фактически нет. Что же до EHI, он, по расчётам авторов, сможет "портретировать" ещё пять чёрных дыр.
Отдельной технической проблемой является передача в расчётный центр петабайтов полученных данных.
"В [проекте] EHT жёсткие диски с данными транспортируются в обрабатывающий центр самолётом. Это, конечно, невозможно в космосе", – отмечает соавтор работы Владимир Кудряшов (Volodymyr Kudriashov), также из Университета Неймегена.
Предполагается, что первые этапы обработки данных будут происходить прямо на борту, а оставшуюся часть аппараты будут передавать друг другу по лазерному лучу. Отметим, что подобная технология связи уже опробована в космосе.
Телескоп EHI планируется сделать независимым от EHT. Однако авторы не исключают возможности объединения этих интерферометров в единую систему, которая позволит получить ещё более подробные изображения, а также запечатлеть чёрные дыры, недоступные ни одному из этих инструментов по отдельности.