Den nuværende evne til at teste teorier om tyngdekraften med sorte hulskygger

Kan vi se sorte huller fra hinanden? Astrofysikere i Frankfurt, Max Planck Institute for Radio Astronomy i Bonn, og Nijmegen, samarbejde i projektet BlackHoleCam, besvar dette spørgsmål ved at beregne de første billeder af fodring af ikke-Einsteiniske sorte huller:det er i øjeblikket svært at skelne dem fra standard sorte huller.

Deres resultater offentliggøres som Advance Online Publication (AOP) på Natur Astronomi websted den 16. april 2018.

En af de mest fundamentale forudsigelser i Einsteins relativitetsteori er eksistensen af ​​sorte huller. På trods af den seneste opdagelse af gravitationsbølger fra binære sorte huller med LIGO, direkte beviser ved hjælp af elektromagnetiske bølger forbliver ufarlige, og astronomer leder efter det med radioteleskoper. For første gang, samarbejdspartnere i det ERC -finansierede projekt BlackHoleCam, herunder astrofysikere ved Goethe University Frankfurt, Max Planck Institute for Radio Astronomy (MPIfR) Bonn, og Radboud University Nijmegen, har sammenlignet selvkonsistente og realistiske billeder af skyggen af ​​et tiltagende supermassivt sort hul-såsom kandidat med sort hul Skytten A* (Sgr A*) i hjertet af vores galakse-både i generel relativitetsteori og i en anden teori om tyngdekraft. Målet var at teste, om Einsteinian sorte huller kan skelnes fra dem i alternative tyngdekraftsteorier.

Ikke alle lysstråler (eller fotoner), der dannes af stof, der falder ned på et sort hul, er fanget af hændelseshorisonten, en region i rumtiden, hvorfra intet kan slippe. Nogle af disse fotoner når fjerntliggende observatører, så når et sort hul observeres direkte, der forventes en "skygge" på baggrunden af ​​himlen. Størrelsen og formen af ​​denne skygge vil afhænge af det sorte huls egenskaber og af tyngdekraftsteorien.

Fordi de største afvigelser fra Einsteins relativitetsteori forventes meget tæt på begivenhedshorisonten, og da alternative tyngdekraftsteorier gør forskellige forudsigelser om skyggeegenskaber, direkte observationer af Sgr A* repræsenterer en meget lovende tilgang til test af tyngdekraften i det stærkeste regime. At lave sådanne billeder af skyggen med sort hul er hovedmålet med det internationale Event Horizon Telescope Collaboration (EHTC), som kombinerer radiodata fra teleskoper rundt om i verden.

Forskere fra BlackHoleCam Team i Europa, som er en del af EHTC, nu er gået et skridt videre og undersøgt, om det er muligt at skelne mellem et "Kerr" sort hul fra Einsteins tyngdekraft og et "dilaton" sort hul, som er en mulig løsning på en alternativ tyngdekraftsteori.

Forskerne studerede udviklingen af ​​stof, der falder ind i de to meget forskellige typer sorte huller, og beregnede den stråling, der udsendes for at konstruere billederne. Desuden, virkelige fysiske forhold i teleskoper og interstellar medium blev brugt til at skabe fysisk realistiske billeder. "For at fange virkningerne af forskellige sorte huller brugte vi realistiske simuleringer af akkretionsdiske med næsten identiske indledende opsætninger. Disse dyre numeriske simuleringer brugte state-of-the-art koder og flere måneder på instituttets supercomputer LOEWE, "siger Dr. Mizuno, hovedforfatter af undersøgelsen.

I øvrigt, forventede radiobilleder har naturligvis en begrænset opløsning og billedfidelitet. Når du bruger realistiske billedopløsninger, fandt forskerne, til deres overraskelse, at selv meget ikke-Einsteiniske sorte huller kunne forklæde sig som normale sorte huller.

"Vores resultater viser, at der er teorier om tyngdekraften, hvor sorte huller kan udgøre en Einsteinian, så nye teknikker til analyse af EHT -data kan være nødvendige for at skelne dem fra hinanden, "bemærker Luciano Rezzolla, professor ved Goethe University og leder af Frankfurt -teamet. "Selvom vi mener, at den generelle relativitet er korrekt, som forskere skal vi være åbne. Heldigvis fremtidige observationer og mere avancerede teknikker vil i sidste ende løse denne tvivl, "slutter Rezzolla.

"Ja, uafhængig information fra en kredsende pulsar, som vi aktivt leder efter, vil hjælpe med at fjerne disse uklarheder, "siger Michael Kramer, direktør ved MPI for Radio Astronomy i Bonn. Heino Falcke (professor ved Radboud University), som for 20 år siden foreslog at bruge radioteleskoper til at forestille sig skyggen af ​​sorte huller, er optimistisk. "Der er ingen tvivl om, at EHT i sidste ende vil få stærke beviser for en skygge af et sort hul. Disse resultater tilskynder os til at forfine vores teknikker ud over den nuværende teknik og dermed lave endnu skarpere billeder i fremtiden.