Ogólna teoria względności (GR), zaproponowana przez Einsteina ponad sto lat temu, pozostaje jednym z najbardziej znanych postulatów naukowych wszechczasów. Ta teoria, która wyjaśnia, w jaki sposób krzywizna czasoprzestrzeni zmienia się w obecności masywnych obiektów, pozostaje kamieniem węgielnym naszych najszerzej akceptowanych modeli kosmologicznych. Nie powinno to dziwić, ponieważ GR został zweryfikowany na wiele sposobów i w najbardziej ekstremalnych warunkach, jakie można sobie wyobrazić. W szczególności naukowcy przeprowadzili kilka kampanii obserwacyjnych w celu przetestowania GR za pomocą Sagittarius A* (Sgr A*), supermasywnej czarnej dziury w centrum Drogi Mlecznej.
W ubiegłym roku Teleskop Horyzontu Zdarzeń (EHT) – międzynarodowe konsorcjum astronomów i obserwatoriów – ogłosiło, że wykonało pierwsze zdjęcia Sag A*, które pojawiły się zaledwie dwa lata po opublikowaniu pierwszych w historii zdjęć SMBH (M87). W 2014 roku europejscy członkowie EHT uruchomili kolejną inicjatywę znaną jako BlackHoleCam, aby lepiej zrozumieć SMBH za pomocą kombinacji obrazowania radiowego, obserwacji pulsarów, astrometrii i GR. W niedawnym artykule inicjatywa BHC opisała, w jaki sposób testowała GR, obserwując pulsary krążące wokół Sgr A*.
Konsorcjum BlackHoleCam składa się z naukowców z Max Planck Institute of Radio Astronomy (MPIFR), Institute for Millimeter Radio Astronomy (IRAM), Kavli Institute for Astronomy and Astrophysics (KIAA), University of Manchester’s Jodrell Bank Centre for Astrophysics (JBCA), Radboud University’s Institute for Mathematics, Astrophysics and Particle Physics (IMAPP) oraz Goethe University’s Instytut Fizyki Teoretycznej. Badanie, prowadzone przez doktora habilitowanego Ralpha P. Eatougha z MPIFR, ukazało się niedawno w World Scientific.
Jak wskazują w swoim artykule, astronomowie obserwują układy podwójne gwiazd neutronowych od ponad czterdziestu lat. W tych układach, w których jedna lub obie gwiazdy są aktywnymi pulsarami radiowymi, możliwe były precyzyjne testy grawitacji. Podobnie, pulsar na bliskiej orbicie wokół Sgr A* byłby idealnym laboratorium do testowania przewidywań GR i właściwości, których nie można zmierzyć w inny sposób. Obejmuje to twierdzenie o braku włosów, które stwierdza, że materia, która utworzyła czarną dziurę, jest niedostępna, oraz hipotezę kosmicznej cenzury (CCC), która teoretyzuje o strukturze osobliwości w GR.
W ciągu ostatnich kilku dekad wykonano kilka poszukiwań pulsarów znajdujących się w odległości około 240 lat świetlnych (73 parseków) od centrum Galaktyki (GC). W 2013 roku populacja pulsarów na tym obszarze wzrosła do sześciu dzięki wykryciu PSR J1745-2900 (magnetara emitującego fale radiowe) na wielu długościach fali. Pierwsze zespoły, które tego dokonały, polegały na obserwatoriach Neila Gehrelesa Swifta i NuSTAR, aby wykryć emisje promieniowania gamma, podczas gdy dwa kolejne zespoły (jeden kierowany przez Eatougha) badały go za pomocą radioteleskopów. Ostatnie ulepszenia w radioteleskopach i analizie danych znalazły dodatkowe obszary do poszukiwań pulsarów GC.
Jedną z technik jest poszukiwanie pulsarów na częstotliwościach “wyższych niż normalnie” – ponad dziesięć gigaherców (GHz) – i na dłuższych długościach całkowania. Zmniejsza to efekty międzygwiezdnej dyspersji i rozpraszania, które są najwyższe dla obiektów w GC. Niestety, takie podejście wiąże się z kompromisem, ponieważ poszukiwania te są ograniczone przez strome spektrum emisji pulsarów, co prowadzi do wyższego stosunku sygnału do szumu. Może to sprawić, że przeglądy pulsarów podwójnych w GC będą bardzo trudne, ograniczając poszukiwania do izolowanych pulsarów o bardziej płaskich widmach.
Na szczęście zespół BlackHoleCam i członkowie konsorcjum EHT zamierzają poradzić sobie z tymi ograniczeniami za pomocą największych i najbardziej czułych teleskopów na świecie (działających na falach milimetrowych). Obejmuje to Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), Caltech Submillimeter Observatory (CSO), Kitt Peak National Observatory (KPNO), Gran Telescopio Milimétrico Alfonso Serrano (GTM), Institut de Radioastronomie Millimétrique 30-m radiotelescope (IRAM) i inne instrumenty, które tworzą szkielet EHT.
Pod tym względem ta sama technologia, której użyto do wykonania pierwszego zdjęcia Sgr A*, zostanie wykorzystana do dostrzeżenia krążących wokół niej pulsarów podwójnych. Sprowadza się to również do tej samej metodologii: interferometrii bardzo długiej linii bazowej (VLBI). Składa się on z wielu radioteleskopów współpracujących ze sobą i łączących dane w celu tworzenia obrazów o wyższej rozdzielczości. Do tej pory większość poszukiwań pulsarów opierała się na najbardziej czułym elemencie EHT: “w pełni fazowej” ALMA. Ale Eatough i jego zespół napisali, że to się zmieni wraz z BlackHoleCam:
Jak zawsze, postępy w astronomii stwarzają nowe możliwości badań, które wykraczają poza pierwotną misję. Pierwotnie zaprojektowany do obrazowania horyzontów zdarzeń supermasywnych czarnych dziur (SMBH) w centrach galaktyk, EHT otworzył drzwi do badań interferometrii nowej generacji. W nadchodzących latach niezrównana czułość tych tablic może przetestować prawa fizyki w najbardziej ekstremalnych warunkach, zapewniając nowy wgląd w prawa rządzące Wszechświatem.
______________________
Spodobał Ci się wpis ? To postaw kawę
