Notre première photo d'un trou noir a été un grand moment pour la science. C’est ainsi que nous en apprendrons davantage sur ces étranges mastodontes qui enfreignent les règles.
Aujourd'hui, un groupe d'astronomes de l'Université Radboud de la ville de Nimègue, aux Pays-Bas, en collaboration avec l'Agence spatiale européenne et d'autres partenaires, élaborent un plan pour obtenir des images beaucoup plus nettes des trous noirs.
La première image d'un trou noir par le télescope Event Horizon (EHT) a été un triomphe scientifique et un exploit de coopération, d'ingénierie et de technologie. Ajoutez à cela la curiosité innée de notre espèce pour la nature. C’est un mélange puissant et efficace.
Mais, l'image était un peu floue, n'est-ce pas? C’est encore un triomphe, et beaucoup de recherches et de nouveaux articles en résulteront. Mais cela pourrait-il être encore mieux?
Le groupe de scientifiques a un plan pour lancer des radiotélescopes dans l'espace pour obtenir des images plus claires des trous noirs. Ils ont publié un article dans la revue Astronomy and Astrophysics détaillant leurs plans. Leur objectif final? Pour tester à nouveau la théorie de la relativité générale d'Einstein.
"La théorie de la relativité générale d'Einstein prédit exactement la taille et la forme qu'une ombre de trou noir devrait avoir."
Freek Roelofs, auteur principal, Université Radboud.
L'EHT est un groupe de radiotélescopes à travers le monde fonctionnant conjointement. Ils fonctionnent sur le principe de l'interférométrie. Ensemble, les «oscilloscopes agissent comme une sorte de télescope virtuel de la taille de la Terre. C’est ainsi que nous avons obtenu un télescope suffisamment grand pour voir un trou noir. Mais l'EHT est gêné par la même chose que les autres télescopes terrestres: l'atmosphère terrestre.
L'atmosphère terrestre peut créer beaucoup de problèmes pour les astronomes. Les télescopes doivent en quelque sorte s'adapter à l'atmosphère pour recueillir des images d'objets à de grandes distances. C’est pourquoi les télescopes sont construits dans des endroits spéciaux: idéalement dans des environnements arides à haute altitude.
Les radiotélescopes de l’EHT sont situés en haute altitude dans le monde entier. Ils sont dans les Alpes, dans la Sierra Nevada, à Atacama et à Hawaï. Mais ils sont toujours limités par l'atmosphère terrestre. Et cette atmosphère empêche les ondes radio à haute fréquence d'atteindre les «oscilloscopes».
"Dans l'espace, vous pouvez faire des observations à des fréquences radio plus élevées, car les fréquences de la Terre sont filtrées par l'atmosphère."
Freek Roelofs, auteur principal, Université Radboud.
Il y a un autre facteur limitant pour l'efficacité de l'ISE: la taille de la Terre. Sur Terre, nous ne pouvons utiliser l'interférométrie que pour relier des portées pas plus éloignées que la «largeur» de la Terre. Ainsi, tout télescope virtuel est limité par la taille de notre planète elle-même.
Les auteurs de l'article ont une solution à la fois au problème de l'atmosphère et au problème de la taille de la Terre. Mettez des radiotélescopes en place.
Ils appellent leur projet proposé l'Event Horizon Imager (EHI), et ils disent qu'il peut produire des images de trous noirs cinq fois plus nettes que l'EHT. L'idée est de mettre en orbite deux ou trois satellites qui agiraient comme des observatoires radio. Là-bas, ils seraient exempts des deux limitations de l'ISE.
"Il y a beaucoup d'avantages à utiliser des satellites au lieu de radiotélescopes permanents sur Terre, comme avec le télescope Event Horizon (EHT)", explique Freek Roelofs, doctorant à l'Université Radboud et principal auteur de l'article. «Dans l'espace, vous pouvez faire des observations à des fréquences radio plus élevées, car les fréquences de la Terre sont filtrées par l'atmosphère. Les distances entre les télescopes dans l'espace sont également plus grandes. Cela nous permet de faire un grand pas en avant. Nous pourrions prendre des images avec une résolution plus de cinq fois supérieure à celle possible avec l'EHT. »
L'équipe a créé des images simulées de trous noirs qui représentent ce que l'EHI pourrait voir.
Des images plus nettes d'un trou noir conduiront à de meilleures informations qui pourraient être utilisées pour tester plus en détail la théorie de la relativité générale d'Einstein. «Le fait que les satellites tournent autour de la Terre offre des avantages considérables», explique le professeur de radioastronomie Heino Falcke. «Avec eux, vous pouvez prendre des images presque parfaites pour voir les détails réels des trous noirs. Si de petits écarts par rapport à la théorie d'Einstein se produisent, nous devrions pouvoir les voir. "
D'autres tests de la théorie de la relativité générale d'Einstein sont l'un des principaux objectifs de l'EHI. Dans un échange de courriels avec Space Magazine, l'auteur principal Freek Roelofs l'a expliqué de cette façon: «La théorie de la relativité générale d'Einstein prédit exactement la taille et la forme qu'une ombre de trou noir devrait avoir. D'autres théories de la gravité prédisent différentes tailles et formes, mais la différence avec la prédiction de la relativité générale est généralement inférieure à 10% environ. Donc, pour pouvoir faire la distinction entre la relativité générale et les autres théories de la gravité, nous avons besoin d'images à haute résolution que nous ne pouvons obtenir qu'à partir d'observations spatiales. »
Oui, il existe d'autres théories de la gravité. Même si chaque fois que les scientifiques sont en mesure de tester le TGR d'Einstein, les preuves soutiennent la théorie, il y a encore quelques questions insignifiantes. Il existe plusieurs théories alternatives de la gravité dans le monde de la science, et elles sont principalement liées à nos questions sans réponse concernant les trous noirs, la matière noire et l'énergie sombre.
Il existe des dizaines de théories alternatives de la gravité, et la plupart d’entre elles n’ont pas bien résisté aux preuves. Mais ils existent parce que si l'une de ces expériences conçues pour tester le TGR d'Einstein le prouve faux, nous devons avoir une autre théorie avec laquelle travailler.
«Avec l'EHT, les disques durs contenant des données sont transportés au centre de traitement par avion. Ce n'est bien sûr pas possible dans l'espace. "
Volodymyr Kudriashov, chercheur au Radboud Radio Lab et ESA / ESTEC.
Il y a beaucoup de défis à résoudre si jamais l'EHI se réalise. Avec l'EHT, chaque observatoire enregistre ses données sur un disque dur qui est livré à un centre de traitement des données. Toutes les données de chaque oscilloscope sont combinées à l'aide d'une horloge atomique pour une précision extrême. Mais comment cela fonctionnera-t-il dans l'espace?
«Avec l'EHT, les disques durs contenant des données sont transportés au centre de traitement par avion. Ce n'est bien sûr pas possible dans l'espace ", a déclaré Volodymyr Kudriashov, chercheur au Radboud Radio Lab qui travaille également à l'ESA / ESTEC. Selon l'article, une liaison laser pourrait être utilisée pour envoyer les données à la Terre pour traitement. Il existe déjà un précédent pour cela, disent-ils, et les futures missions spatiales prévues affineront encore davantage les communications laser.
Un autre défi est la position et la vitesse précises des satellites nécessaires pour produire des images nettes. "Le concept exige que vous devez être en mesure de déterminer la position et la vitesse des satellites de manière très précise", a déclaré Kudriashov. "Mais nous pensons vraiment que le projet est réalisable."
L'EHI fonctionnerait conjointement avec l'EHT comme une sorte d'interféromètre hybride, combinant les données de tous les observatoires terrestres avec les données des observatoires orbitaux. Le meilleur des deux mondes.
"L'utilisation d'un hybride comme celui-ci pourrait offrir la possibilité de créer des images animées d'un trou noir, et vous pourriez être en mesure d'observer encore plus de sources plus faibles", a déclaré Falcke.
Sources:
- Communiqué de presse: Des télescopes dans l'espace pour des images encore plus nettes des trous noirs
- Document de recherche: Simulations d'imagerie de l'horizon des événements du Sagittaire A * depuis l'espace
- Télescope Horizon événementiel
