Syntetiska skuggbilder av Sgr A* för ett Kerr-svart hål (översta raden) och ett icke-roterande dilaton-svart hål (nedre raden). I varje fall hänvisar den vänstra panelen till bilden som genereras av de generalrelativistiska magnetohydrodynamiska simuleringarna, medan den högra panelen hänvisar till bilden rekonstruerad efter realistiska observationsförhållanden. Upphovsman:Fromm/Younsi/Mizuno/Rezzolla (Frankfurt)
Kan vi skilja isär svarta hål? Astrofysiker i Frankfurt, Max Planck Institute for Radio Astronomy i Bonn, och Nijmegen, samarbetar i projektet BlackHoleCam, svara på denna fråga genom att beräkna de första bilderna på matning av icke-Einsteiniska svarta hål:det är för närvarande svårt att skilja dem från vanliga svarta hål.
Deras resultat publiceras som Advance Online Publication (AOP) på Natur Astronomi webbplats den 16 april 2018.
En av de mest grundläggande förutsägelserna i Einsteins relativitetsteori är förekomsten av svarta hål. Trots att LIGO nyligen har upptäckt gravitationsvågor från binära svarta hål, direkta bevis som använder elektromagnetiska vågor förblir svårfångade och astronomer letar efter det med radioteleskop. För första gången, medarbetare i det ERC -finansierade projektet BlackHoleCam, inklusive astrofysiker vid Goethe University Frankfurt, Max Planck Institute for Radio Astronomy (MPIfR) Bonn, och Radboud University Nijmegen, har jämfört självkonsistenta och realistiska bilder av skuggan av ett tilltagande supermassivt svart hål-som svarthålskandidaten Skytten A* (Sgr A*) i hjärtat av vår galax-både i allmän relativitet och i en annan teori om allvar. Målet var att testa om Einsteinian svarta hål kan särskiljas från dem i alternativa gravitationsteorier.
Inte alla ljusstrålar (eller fotoner) som produceras av materia som faller på ett svart hål fångas av händelsehorisonten, en region av rymdtid från vilken ingenting kan fly. Några av dessa fotoner når avlägsna observatörer, så att när ett svart hål observeras direkt, en "skugga" väntas mot bakgrundshimlen. Storleken och formen på denna skugga beror på det svarta hålets egenskaper och på gravitationsteorin.
Eftersom de största avvikelserna från Einsteins relativitetsteori förväntas mycket nära händelsehorisonten, och eftersom alternativa teorier om tyngdkraften gör olika förutsägelser om egenskaperna hos skuggan, direkta observationer av Sgr A* representerar ett mycket lovande tillvägagångssätt för att testa gravitationen i den starkaste regimen. Att göra sådana bilder av svarthålsskuggan är det främsta målet för det internationella Event Horizon Telescope Collaboration (EHTC), som kombinerar radiodata från teleskop runt om i världen.
Forskare från BlackHoleCam Team i Europa, som ingår i EHTC, har nu gått ett steg längre och undersökt om det är möjligt att skilja mellan ett "Kerr" svart hål från Einsteins gravitation och ett "dilaton" svart hål, som är en möjlig lösning av en alternativ gravitationsteori.
Forskarna studerade utvecklingen av materia som faller in i de två mycket olika typerna av svarta hål och beräknade strålningen som avges för att konstruera bilderna. Vidare, verkliga fysiska förhållanden i teleskop och interstellar medium användes för att skapa fysiskt realistiska bilder. "För att fånga effekterna av olika svarta hål använde vi realistiska simuleringar av ackretionsskivor med nästan identiska initiala inställningar. Dessa dyra numeriska simuleringar använde toppmoderna koder och flera månader på institutets superdator LOEWE, "säger Dr Mizuno, huvudförfattare till studien.
Dessutom, förväntade radiobilder har uppenbarligen en begränsad upplösning och bildtrohet. När du använder realistiska bildupplösningar, fann forskarna, till deras förvåning, att även mycket icke-Einsteiniska svarta hål skulle kunna dölja sig som vanliga svarta hål.
"Våra resultat visar att det finns gravitationsteorier där svarta hål kan maskera sig som Einsteinian, så nya tekniker för att analysera EHT -data kan behövas för att skilja dem åt, "säger Luciano Rezzolla, professor vid Goethe -universitetet och ledare för teamet i Frankfurt. "Även om vi tror att allmän relativitet är korrekt, som forskare måste vi vara öppna. Lyckligtvis, framtida observationer och mer avancerade tekniker kommer så småningom att lösa dessa tvivel, "avslutar Rezzolla.
"Verkligen, oberoende information från en kretsande pulsar, som vi aktivt söker efter, hjälper till att eliminera dessa oklarheter, "säger Michael Kramer, direktör vid MPI för radioastronomi i Bonn. Heino Falcke (professor vid Radboud University), som för 20 år sedan föreslog att använda radioteleskop för att avbilda skuggan av svarta hål, är optimistisk. "Det råder ingen tvekan om att EHT så småningom kommer att få starka bevis på en svart hålskugga. Dessa resultat uppmuntrar oss att förfina våra tekniker utöver den nuvarande tekniken och därmed göra ännu skarpare bilder i framtiden.
