此前天文學家們成功拍攝并公布了黑洞的第一張照片，現(xiàn)在他們面臨的下一個挑戰(zhàn)是如何拍攝更清晰的圖像，以便愛因斯坦的廣義相對論能夠得到檢驗。內梅亨大學的天文學家們，連同歐洲航天局(ESA)和其他機構，正在提出一個通過向太空發(fā)射射電望遠鏡來實現(xiàn)這一目標的概念，他們在《天文學與天體物理學》上發(fā)表了他們的計劃。
這個想法是把兩顆或三顆衛(wèi)星放在環(huán)繞地球的圓形軌道上觀察黑洞。這個概念被稱為事件視界成像儀(EHI)。在新研究中，科學家們模擬了如果像這樣的衛(wèi)星拍攝黑洞人馬座A*的圖像會是什么樣子。
這篇文章的第一作者、內梅亨大學(Radboud University)的博士生弗里克·羅洛夫斯(Freek Roelofs)說：用衛(wèi)星代替地球上的射電望遠鏡有很多好處，就像用事件視界望遠鏡(EHT)一樣。在太空中可以用更高的無線電頻率進行觀測，因為來自地球的頻率被大氣過濾掉了。太空望遠鏡之間的距離也更大。這使我們向前邁出了一大步，將能夠以超過EHT五倍的分辨率拍攝圖像。更清晰黑洞圖像將帶來更好的信息，可以用來更詳細地檢驗愛因斯坦的廣義相對論。
（圖示）在太空中，EHI分辨率是地球上EHT的5倍以上，圖像的重建保真度更高。左上角：人馬座A*模型，觀測頻率為230 GHz。左下角：用EHT對模型圖像進行模擬。左上角：人馬座A*模型，觀測頻率690 GHz。右下角：用EHI對該模型的圖像進行模擬。圖片：F. Roelofs and M. Moscibrodzka, Radboud University
射電天文學教授Heino Falcke說：衛(wèi)星繞地球運行的事實帶來了相當大的優(yōu)勢。有了它們，可以拍攝近乎完美的圖像，看到黑洞的真實細節(jié)。如果愛因斯坦的理論出現(xiàn)了小偏差，我們應該能夠看到。EHI還能成像另外五個比事件視界望遠鏡(EHT)目前關注黑洞還要小的黑洞。后者是位于銀河系中心的人馬座A*和位于室女座星系團中的大質量星系梅西耶87*中心的M87*。
研究人員模擬了在不同的環(huán)境下，可以用不同版本的技術看到什么。為此，他們利用了黑洞周圍的等離子體行為模型以及由此產生的輻射。Roelofs說：從科學的角度來看，這些模擬看起來很有希望，但是在技術層面上還有很多困難需要克服。天文學家們與歐洲航天局/歐洲環(huán)境研究中心的科學家合作，研究該項目的技術可行性。內梅亨無線電實驗室(Radboud Radio Lab)的研究員、歐洲空間局/歐洲空間研究中心(ESA/ESTEC)的沃洛迪米爾·庫德里亞斯霍夫(Volodymyr Kudriashov)說：
這個概念要求必須能夠非常準確地確定衛(wèi)星的位置和速度，但我們真的相信這個項目是可行的。還必須考慮衛(wèi)星如何交換數(shù)據(jù)。有了事件視界成像儀(EHI)，攜帶數(shù)據(jù)的硬盤驅動器將通過飛機運送到處理中心。這在太空中當然是不可能的。在這個概念中，衛(wèi)星將通過激光鏈路交換數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)在返回地球作進一步分析之前在船上進行部分處理。太空中已經有激光鏈接了。
這個想法是衛(wèi)星最初將獨立于事件視界望遠鏡(EHT)工作。但是，軌道望遠鏡與地球上的望遠鏡相結合的混合系統(tǒng)也在考慮之中。使用像這樣的混合裝置可以提供創(chuàng)造黑洞運動圖像的可能性，可能可以觀察到更多更弱的光源。
博科園-科學科普｜研究/來自: 奈梅亨拉德布大學
參考期刊文獻:《天文學和天體物理學》
DOI: 10.1051/0004-6361/201732423
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