Южнокорейская исследовательская группа разрабатывает группировку спутников с амбициозной целью совершить революцию в наблюдении за черными дырами. Проект, детище профессора астрономии и эксперта по черным дырам Саши Триппе из Сеульского национального университета, благодаря сотрудничеству между научными и инженерными институтами призван преодолеть ограничения существующих наземных и космических обсерваторий в обнаружении и изучении этих загадочных небесных объектов.
Черные дыры — одни из самых сложных объектов для изучения: их экстремальная природа и тот факт, что они не излучают видимый свет, означают, что для наблюдения за их влиянием на окружающее пространство необходимы сложные технологии.
Предложенная исследователями система южнокорейской группировки под названием Capella призвана решить эти проблемы с помощью комбинации рентгеновских телескопов и радиообсерваторий, распределенных по всему космосу. Такая конфигурация может позволить картографировать черные дыры с беспрецедентной точностью, улучшая наше понимание не только этих объектов, но и их роли в эволюции Вселенной.
Современные проблемы наблюдения за черными дырами
Знаковые снимки черных дыр, такие как сделанный в 2019 году снимок сверхмассивной черной дыры в галактике Мессье 87 и последующий снимок в 2022 году, показавший Стрелец А* в центре Млечного Пути, являются вехами в космических исследованиях. Однако для ученых эти снимки остаются неполными. Хотя они подтвердили существование черных дыр и их экстремальное гравитационное поведение, им не хватает фундаментальных деталей, которые могли бы пролить свет на ключевые явления, такие как струи газа, выбрасываемые на релятивистских скоростях.
Сравнение размеров Стрельца A*, сверхмассивной черной дыры в центре Млечного Пути, и M87*, в центре галактики M87.
Основной инструмент, используемый для этих наблюдений, — Event Horizon Telescope (EHT), глобальная сеть радиотелескопов, имитирующая планетарную обсерваторию с помощью метода интерферометрии с очень длинной базовой линией (VLBI). Этот метод позволяет получить беспрецедентную детализацию, но имеет существенные ограничения. Триппе объяснил, что каждая пара антенн одновременно измеряет только одну точку изображения цели, создавая неполную мозаику, которая требует интенсивной обработки. В результате получается неполное изображение, которое не захватывает более мелкие структуры или динамику черных дыр.
Например, мощная струя газа, выходящая из черной дыры Мессье 87, видимая в других диапазонах длин волн, не отображается на снимке 2019 года. А ведь эта струя представляет собой важнейший аспект в понимании того, как черные дыры взаимодействуют со своим окружением.
Невозможность наблюдать ее с помощью EHT подчеркивает необходимость использования более совершенных технологий для преодоления этих ограничений. Новая группировка корейских спутников, призванная обеспечить более равномерное и детальное покрытие, может восполнить эти пробелы.
Проект Capella
Спутниковая группировка Capella, предложенная Триппе и его коллегами, представляет собой инновационный подход к преодолению ограничений наземного наблюдения за черными дырами. Измерение радиоизлучения на более высоких частотах, которые соответствуют более коротким длинам волн, позволило бы получать изображения со значительно лучшим разрешением. Однако это излучение невозможно наблюдать с поверхности Земли, поскольку водяной пар в атмосфере поглощает большую часть этих сигналов. Предлагаемое решение — сеть спутниковых радиотелескопов на низкой орбите, не зависящей от ограничений атмосферы.
Конфигурация созвездия Capella включает в себя четыре спутника, расположенных на высоте от 450 до 600 км. Эта орбитальная система, благодаря технике интерферометрии, может достичь гораздо более высокого разрешения, чем EHT, за счет использования большего виртуального диаметра, чем наземная сеть. Кроме того, способность спутников перемещаться вокруг планеты несколько раз в день позволит устранить «пробелы» в измерениях, характерные для сети EHT, что значительно повысит качество собираемых данных.
Предложение небольшой корейской спутниковой группировки Capella позволит воспроизводить изображения процессов, происходящих вокруг черных дыр, с беспрецедентной детализацией.
Тогда система сможет детально изучить процессы, происходящие вблизи горизонта событий черных дыр, например, формирование релятивистских струй. Кроме того, она сможет анализировать внутреннюю структуру световых колец, окружающих черные дыры, и более точно измерять их массу, особенно в близлежащих галактиках.
Передовые технологии для новой эры исследований черных дыр
Одним из главных препятствий на пути реализации космических систем наблюдения, подобных созвездию Capella, является сложность необходимых технологий. Антенны радиотелескопов, необходимые для приема сигналов на радиоволнах, обычно очень велики, что затрудняет их запуск и размещение в космосе. Однако последние технологические достижения позволили создать более компактные и легкие радиотелескопы. По расчетам Триппа и его команды, каждый спутник в созвездии может быть размером со спутник-автобус и весить около 500 кг, при этом затраты будут относительно низкими.
Весь проект, включая строительство, запуск и эксплуатацию спутников, оценивается менее чем в 500 миллионов долларов. Это делает миссию доступной по сравнению с традиционными космическими обсерваториями. Недавнее создание Корейской аэрокосмической администрации (KASA) открывает широкие возможности для финансирования этой инициативы: по словам Триппа, в 2026 году корейское агентство примет решение о поддержке проекта, который может быть запущен уже в начале 2030-х годов.
В случае финансирования система Capella не только значительно расширит возможности наблюдения за черными дырами, но и станет шагом вперед в использовании спутниковых группировок для передовой астрофизики.
Статью Триппа и его коллег, объясняющую концепцию проекта, можно найти здесь, на сайте ArXiV.
Читайте все последние новости астрономии на New-Science.ru
