Общая теория относительности (ОТО), предложенная Эйнштейном более века назад, остается одним из самых известных научных постулатов всех времен. Эта теория, объясняющая, как кривизна пространства-времени изменяется в присутствии массивных объектов, остается краеугольным камнем наших наиболее широко принятых космологических моделей. Это не должно вызывать удивления, поскольку GR был проверен девятью способами с воскресенья и в самых экстремальных условиях, которые только можно себе представить. В частности, ученые организовали несколько наблюдательных кампаний для проверки ОТО с использованием сверхмассивной черной дыры Стрельца A* (Sgr A*) в центре Млечного Пути.
В прошлом году Телескоп Горизонта Событий (EHT) — международный консорциум астрономов и обсерваторий — объявил, что они сделали первые изображения Sag A*, сделанные всего через два года после публикации первых в истории изображений сверхмассивной черной дыры (M87). ). В 2014 году европейские члены EHT запустили еще одну инициативу, известную как BlackHoleCam, чтобы лучше понять сверхмассивные чёрные дыры, используя комбинацию радиоизображений, наблюдений за пульсарами, астрометрии и GR. В недавней статье инициатива BHC описала, как они проверили ОТО, наблюдая за пульсарами, вращающимися вокруг Sgr A*.
Консорциум BlackHoleCam состоит из исследователей из Института радиоастрономии Макса Планка (MPIFR), Института миллиметровой радиоастрономии (IRAM), Института астрономии и астрофизики Кавли (KIAA), Центра астрофизики Джодрелл Бэнк Манчестерского университета. (JBCA), Институт математики, астрофизики и физики элементарных частиц (IMAPP) Университета Радбауда и Институт теоретической физики Университета Гёте. Исследование, проведенное исследователем с докторской степенью Ральфом П. Итоу из MPIFR, доступно на сервере препринтов arXiv.
Как они указывают в своей статье, астрономы наблюдали двойные системы нейтронных звезд более сорока лет. В этих системах, где одна или обе звезды являются активными радиопульсарами, возможны точные проверки гравитации. Точно так же пульсар на близкой орбите вокруг Sgr A* был бы идеальной лабораторией для проверки предсказаний, сделанных ОТО, и свойств, которые невозможно измерить иначе. Это включает в себя теорему об отсутствии волос, которая утверждает, что материя, из которой образовалась черная дыра, недоступна, и гипотезу космической цензуры (CCC), которая теоретизирует о структуре сингулярностей в ОТО.
За последние несколько десятилетий было предпринято несколько поисков пульсаров, расположенных в пределах примерно 240 световых лет (?73 парсека) от галактического центра (GC). В 2013 году популяция пульсаров в этой области увеличилась до шести с обнаружением PSR J1745–2900 (радиоизлучающий магнетар) на нескольких длинах волн. Первые команды, которые сделали это, полагались на обсерватории Нила Герелеса Свифта и NuSTAR для обнаружения его гамма-излучения, в то время как еще две команды (одна под руководством Итоу) изучали его с помощью радиотелескопов. Недавние улучшения в радиотелескопах и анализе данных позволили найти дополнительные области для поиска пульсаров GC.
Один из методов заключается в поиске пульсаров на частотах «выше, чем обычно» — более десяти гигагерц (ГГц) — и на больших длинах интегрирования. Это уменьшает эффекты межзвездной дисперсии и рассеяния, которые наиболее сильны для объектов внутри ШС. К сожалению, у этого подхода есть компромисс, поскольку эти поиски ограничены крутым спектром излучения пульсаров, что приводит к более высокому отношению сигнал/шум. Это может сделать обзоры двойных пульсаров в GC очень сложными, ограничивая поиск изолированными пульсарами с более плоскими спектрами.
К счастью, команда BlackHoleCam и члены консорциума EHT стремятся преодолеть эти ограничения, используя самые большие и чувствительные телескопы в мире (работающие на миллиметровых волнах). Сюда входят Большая миллиметровая / субмиллиметровая решетка Атакамы (ALMA), Субмиллиметровая обсерватория Калифорнийского технологического института (CSO), Национальная обсерватория Китт-Пик (KPNO), Большой военный телескоп Альфонсо Серрано (GTM), 30-метровый радиотелескоп Миллиметрового института радиоастрономии. (IRAM) и другие инструменты, составляющие основу EHT.
В этом отношении та же технология, которая использовалась для получения первого изображения Sgr A*, будет использоваться для обнаружения двойных пульсаров, вращающихся вокруг него. Это также сводится к той же методологии: интерферометрии со сверхдлинной базой (VLBI). Он состоит из нескольких радиотелескопов, работающих вместе и объединяющих данные для создания изображений с более высоким разрешением. До сих пор большинство поисков пульсаров опирались на наиболее чувствительный элемент EHT: «полностью фазовый» ALMA.
Но Eatough и его команда написали, что это изменится с BlackHoleCam, «поскольку и EHT VLBI, и наблюдения за пульсарами могут использовать один и тот же необработанный продукт данных от каждого элемента массива, EHT VLBI и наблюдения за пульсарами могут быть совместимыми… В будущем мы можем предусмотреть использование фазированная решетка из самых больших компонентов EHT для дальнейшего повышения чувствительности или уменьшения помех от конкретных мест».
Как всегда, достижения в астрономии открывают новые возможности для изучения, выходящие за рамки первоначальной миссии. Первоначально разработанный для изображения горизонтов событий сверхмассивных черных дыр (SMBHs) в центрах галактик, EHT открыл двери для интерферометрических исследований следующего поколения. В ближайшие годы беспрецедентная чувствительность этих массивов позволит проверить законы физики в самых экстремальных условиях, обеспечив новое понимание законов, управляющих Вселенной.
