De kracht van radiotelescopen vergroten met zeer lange basislijninterferometrie

Om deze objecten in het hart van veel sterrenstelsels te begrijpen, we moeten ze goed bekijken. Maar om de waarnemingshorizon van Sagittarius A* te fotograferen – het gebied rond een zwart gat waar zelfs licht niet aan de zwaartekracht van een zwart gat kan ontsnappen – hebben we een techniek nodig die de kracht van veel verschillende telescopen combineert.

"De belangrijkste uitvinding in een telescoop is het 'focuselement, '", zegt theoretisch astrofysicus Avery E. Broderick, die universitair hoofddocent is aan de Universiteit van Waterloo en faculteitslid van het Perimeter Institute of Theoretical Physics in Ontario, Canada. "Galileo gebruikte de eigenschap van lenzen; moderne telescopen gebruiken spiegels. Het focusseerelement neemt al het licht op dat over de opening van de telescoop wordt verspreid en brengt het terug naar een enkele locatie in focus."

Hoe groter de opening van de telescoop, hoe meer licht er wordt opgevangen en dus hoe zwakker en verder weg de objecten aan de nachtelijke hemel die kunnen worden afgebeeld. Met de techniek van zeer lange basislijninterferometrie, astronomen kunnen radiotelescopen aansluiten, ver van elkaar in verschillende landen en op continenten, om een ​​enkele "virtuele" telescoop na te bootsen met een opening zo breed als de aarde.

"We nemen de elektromagnetische golven op bij de individuele [radiotelescoop]-stations, " vervolgt Broderick. "Vervolgens brengen we de gegevens terug naar een centrale locatie en op een computer - een zogenaamde correlator - en stellen we uit hoe lang het zou duren voordat dat licht op het juiste moment weer op de primaire focus komt.

"Hoe verder de basislijnen [afstand tussen observatoria] van elkaar verwijderd zijn, hoe kleiner de hoekschaal die we te zien krijgen."

De hoekgrootte van een astronomisch object is de schijnbare grootte aan de hemel vanuit ons perspectief. Hoe verder weg een object is, hoe kleiner de hoekgrootte. Door veel verschillende radiotelescopen te combineren, zeer lange basislijninterferometrie kan astronomen in staat stellen kleinere hoekschalen te zien en daarom zeer verre objecten af ​​te beelden die we anders niet zouden kunnen zien. En de hoekschaal van de EHT is verbluffend; het zal de kracht hebben om iets ter grootte van een druif op het oppervlak van de maan op te lossen. Dit betekent dat de verre Boogschutter A* nog steeds ruim binnen het oplossend vermogen van de EHT valt.

Combineren en correleren van de signalen van individuele observatoria van over de hele wereld - sommige met basislijnen van meer dan 12, 000 mijl (19, 312 kilometer) – is geen gemakkelijke taak. Maar als dit eenmaal is bereikt, EHT-astronomen verwachten een afbeelding van de schaduw van Boogschutter A* op te lossen en kleinschalige structuren rond het zwarte gat te zien, het bevestigen van enkele van de meest extreme theorieën voor natuurkunde in deze sterke zwaartekrachtomgeving en, misschien, onderweg enkele verrassingen onthullen.

"Sagittarius A* zal een laboratorium voor ons worden om te begrijpen hoe deze kolossen groeiden, ' zegt Broderick.

Zwarte gaten staan ​​bekend als woeste eters. Hun ongelooflijke zwaartekracht trekt lokaal materiaal aan - stof, gas en sterren - die vervolgens met geweld wordt geactiveerd en verwarmd tot een schijf van wervelende, heet gas. Vervolgens, overuren, een deel van dit materiaal wordt naar beneden geslurpt door het zwarte gat, het vergroten van zijn massa. Echter, omdat we niet direct hebben kunnen zien wat er dichtbij de waarnemingshorizon van het zwarte gat gebeurt, hoe deze aanwas werkt, is een mysterie geweest.

Maar als de EHT online gaat, "we zouden in staat moeten zijn om de magnetische turbulentie te zien waarvan we denken dat deze deze aanwas drijft, Broderick wijst erop. "We zouden de turbulente draaikolken moeten kunnen zien ronddraaien; een beetje als kijken naar woelig water in een beekje."

Wacht, Er is meer

Hoewel Boogschutter A* zeker het dichtstbijzijnde (en meest bekende) superzware zwarte gat bij de aarde is, het is maar de helft van het verhaal.

"Er zijn twee (radio)bronnen die dit jaar op de rol staan ​​– er is Sagittarius A* en er is ook M87, ", zegt Broderick. En het zwarte gat van M87 is heel anders dan Sagittarius A*.

Hoewel M87 ongeveer 2 is, 000 keer verder weg van de aarde dan Boogschutter A*, het is meer dan 2 000 keer massiever, dus het zal in de lucht verschijnen voor de EHT als ongeveer dezelfde hoekgrootte. Bovendien, dit zwarte gat staat bekend als extreem actief, gassen de ruimte in schieten met bijna de snelheid van het licht. Hoe deze jets worden gevormd, is een mysterie - per slot van rekening zwarte gaten zijn meer bekend voor het consumeren van materie, niet terug uitspugen in de ruimte!

Astronomen hebben daarom een ​​ongelooflijke kans om dit jaar twee zwarte gaten te bestuderen, de ene in de Melkweg en de andere in een ver sterrenstelsel, waardoor astronomen een ongekend beeld krijgen van twee heel verschillende objecten.

"Het is een ontdekkingsreis, je weet nooit ECHT wat je gaat zien, dat maakt het spannend, Broderick vertelt HowStuffWorks. "We denken dat we ideeën hebben en ik heb veel tijd besteed aan het ontwikkelen van modellen voor de EHT... en uitzoeken wat we wel en niet kunnen bepalen. Maar het is volledig mogelijk dat we iets totaal anders zouden kunnen zien - en dat is waarschijnlijk de meest opwindende mogelijkheid."

Dus, wanneer zal de wereld het historische eerste beeld van een zwart gat zien? We zullen geduld moeten hebben. Het zal waarschijnlijk pas in juli zijn dat zich een beeld begint te vormen, en het zal waarschijnlijk eind 2017 zijn dat we zullen zien, Voor de eerste keer, de heldere ring van de waarnemingshorizon van een zwart gat.