天体物理学者は、ブラックホールの光子リングの構造を観察するための条件を決定しました

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天体物理学者は、ブラックホールの光子リングの構造を観察するための条件を決定しました
天体物理学者は、ブラックホールの光子リングの構造を観察するための条件を決定しました
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天体物理学者は、事象の地平線の望遠鏡によってまだ特定されていない、ブラックホールのフォトニックリングの個々の部分を研究することが可能になるであろう達成のための要件に名前を付けました。これらのサブリングは、干渉計で観察するときに具体的に表示する必要があります。これにより、それらの特性を測定できるため、ブラックホールの質量と角運動量の正確な推定値を取得できます。必要な測定は、高い無線周波数で、またはロシアで設計されているミリメトロン装置などの地上空間干渉計を使用して実行できます、と著者はScienceAdvancesに書いています。

ブラックホールとは、重力が非常に強い物体で、光さえも周囲から出ないほど強いものです。放射状に移動する光子でさえブラックホールから無限大まで移動できない距離は、事象の地平線と呼ばれます。通常、ブラックホールの大きさとしてとらえられるのは彼です。

2019年4月、ブラックホールの影の最初の画像が撮影されました。これは、1.3ミリメートルの波長でデータを収集する望遠鏡の無線干渉計ネットワークであるEvent Horizo​​nTelescopeを使用して行われました。それは、暗い領域、つまりブラックホールの影を囲むぼやけた発光リングを示しています。

ただし、直径が約40マイクロ秒の弧のこの領域は、穴の近くを通過して地球上の観測者に到達する光子の軌道がないため、事象の地平線の約2.5倍になります。そうでなければ、リングの内側を通過するすべての視線は事象の地平線で終了すると言うことができますが、一部はブラックホールの近くで大幅に曲がる必要があります。

アメリカの天体物理学者は、ハーバード-スミソニアン天体物理学センターのマイケル・ジョンソンの参加を得て、このリングの構造を観察するための条件を決定し、それを明らかにすることができる機器のパラメーターに名前を付けました。彼らの研究の結論によると、最初の下部構造を見るには、より高い周波数で観測するか、低軌道にある新しい電波望遠鏡のネットワークに接続するだけで十分です。ただし、より詳細な画像をキャプチャするには、月にある機器、またはさらに優れたものが必要になります。これは、ロシアのプロジェクト「ミリメトロン」の枠組み内で行うことが提案されているため、L2ラグランジュ点にある大型の受信機です。

理論から、宇宙の入れ子になったリング状の画像の無限のセットがブラックホールの周りに見られるはずであるということになります。これは、ブラックホールに向かって移動する前にブラックホールの周りで異なる数の半回転をした光子の軌道に対応します。観察者。この構造は、その角度分解能がこれに対して不十分であるため、昨年取得された画像には表示されません。科学者はこれらのサブリングを検討したいと考えています。なぜなら、それらのパラメーターの分析により、ブラックホールの特性(質量と角運動量)を正確に測定し、一般相対性理論の予測を新しいレベルでテストできるからです。

ブラックホールを取り巻く白熱物質の降着円盤は、その近くの主要な放射線源です。したがって、ブラックホールを観測するとき、ディスクの直接の輝きと多数のリングの両方を記録します。これは、異なる時間遅延で観測者に届いた同じディスクの歪んだ画像であることがわかります。理論上の推定では、リングの合計の明るさは全体の約10パーセントであることが示されています。

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ブラックホールの画像は、降着円盤の輝きと、ブラックホールの影の境界に近い、より鮮明で薄暗い無限のシーケンスで構成されています。

新しい作品の著者は、リングが同様のサイズと厳密に定義された幾何学的形状(ブラックホールの回転に関連する)を持っているので、それらの存在がこれらの干渉計に具体的に反映されることを示しています。これは、この観測手法が特徴的な空間周期性を持つソースに敏感であるという事実によるものです。その結果、サブリングの薄暗さにもかかわらず、小さな開口充填を備えた干渉計で観察された場合でも、それらの存在を検出することができます。

科学者たちは、事象の地平線望遠鏡の現在の機能は、サブリングの構造を明らかにするには不十分であると結論付けています。それを見るには、干渉計のベースを拡大する必要があります。これは2つの方法で行うことができます:新しい物理的に離れた受信機を追加し、より高い周波数に切り替えることです。この場合、波長で測定するとベースが増加します。これは干渉法の場合に重要なことです。

現時点では、ALMA望遠鏡アレイで十分に高い周波数での観測を行うことができますが、事象の地平線望遠鏡の他のほとんどの機器はこれに適していません。新しい受信機を宇宙に打ち上げることができます。これにより、干渉計の最大ベースが増加し、最初のサブリングを固定できるようになります。機器が月またはその軌道に配置されている場合、同じ周波数での観測でも最初の2つのサブリングが明らかになります。最良の選択肢は、地球から150万キロメートルの距離にあるL2ラグランジュ点に大型望遠鏡を備えた地上空間干渉計です。これにより、最大3つのサブリングを区別できます。

ブラックホールの影の最初の画像の画期的な作成について、2つの部分で詳しく説明しました。「GazeInto the Abyss」では、読者にブラックホールの理解と観測の問題を紹介し、「Look BeyondtheHorizo​​n」を紹介します。 「望遠鏡のイベント情報によって収集された地平線から科学者が抽出した貴重なデータについて説明します。

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