Учёные из Астрокосмического центра Физического института им. П. Н. Лебедева РАН просчитали конфигурацию перспективной спутниковой системы, предназначенной для изучения ближайших окрестностей сверхмассивных чёрных дыр. Космическая обсерватория, состоящая из трёх или четырёх спутников, будет превосходить по разрешающей способности “Телескоп горизонта событий” (Event Horizon Telescope) в 10 раз. Результаты исследования доступны в архиве электронных препринтов arxiv.org.
За последнее время метод радиоинтерферометрии со сверхдлинными базами принес значительные результаты. При наблюдениях на наземно-космическом интерферометре Радиоастрон исследователи добились рекордного углового разрешения, составившего 8 микросекунд дуги. А участникам проекта “Телескоп горизонта событий” удалось построить изображения теней сверхмассивных чёрных дыр в галактиках Sgr A* и M87* с разрешением около 25 микросекунд дуги. Чтобы повысить качество получаемых изображений, нужно проводить наблюдения на всё более коротких длинах волн. Но земная атмосфера остаётся одним из главных препятствий для таких наблюдений. Правильным решением стало бы создание полностью космического интерферометра, состоящего из нескольких аппаратов. Это позволило бы преодолеть атмосферный частотный порог выше 345 ГГц и наблюдать на более высоких частотах, снижая тем самым эффекты рассеяния радиоволн на космической плазме.
В настоящее время в мире разрабатываются несколько проектов космического интерферометра. Например, проект Space Millimeter VLBI Array (SMVA) предполагает запуск на эллиптические орбиты трех-четырех 15-метровых антенн, работающих на частотах до 43 ГГц. Максимальное угловое разрешение SMVA составит 20 микросекунд дуги, что лишь немного превосходит “Телескоп горизонта событий”. Другой проект, названный Event Horizon Imager (EHI), представляет собой два или три космических телескопа. Они будут располагаться на полярных или экваториальных круговых околоземных орбитах. EHI предполагает совместное наблюдение на частотах до 690 ГГц с наземными обсерваториями, входящими в коллаборацию “Телескоп горизонта событий”. Более поздний проект TeraHertz Exploration and Zooming-in for Astrophysics (THEZA) предлагает масштабируемые конфигурации космических аппаратов, работающих на частотах примерно до 1 ТГц. Проект южнокорейских астрономов CAPELLA, который близок к опубликованной концепции, но в этом случае качество восстанавливаемых изображений получается ниже. Одна из ключевых проблем упомянутых проектов состоит в том, что для получения качественного изображение тени сверхмассивной чёрной дыры потребуется длительные наблюдения. Например, в случае EHI время накопления информации оценивается в один месяц.
Учёные из Астрокосмического центра ФИАН разработали новую концепцию космического интерферометра. Они показали, что группировка из трёх-четырех аппаратов, оснащённых антеннами диаметром примерно 3-4 метра, работающими на частотах до 690 ГГц, способна восстановить более качественное изображение тени сверхмассивной чёрной дыры за меньшее время, чем обсуждавшиеся ранее проекты. Для этого аппараты должны двигаться по круговым орбитам радиусами 7500, 8000, 22500 и 23000 километров. Причём одна внутренняя и одна внешняя орбиты должны быть ретроградными, то есть, аппараты на них будут двигаться в противоположную сторону. Такая космическая группировка будет способна восстановить изображение наблюдаемого источника с точностью до 2 микросекунд дуги, что в 12 раз превосходит изображения, представленные коллаборацией “Телескоп горизонта событий” в 2019 и 2022 годах. При этом изображение удается получить всего за 20 часов. Более ранним проектам для этого требовалось от нескольких дней до нескольких месяцев. Благодаря этому, новая российская обсерватория впервые сможет наблюдать изменения облика окрестностей чёрной дыры практически в реальном времени. Фактически, это будет уже не “фот”о, а “видео” чёрной дыры.
Учёные отмечают, что для запуска четырёх аппаратов потребуется всего два пуска. Одна ракета выводит пару аппаратов на обычные орбиты, а вторая — на ретроградные. А благодаря очень короткому времени получения изображения, всего 20 часов, у астрономов появляется возможность изучать ближайшие окрестности сверхмассивных чёрных дыр не только с намного более высоким угловым разрешением, но и в динамике. То есть наблюдать движение вещества в непосредственной близости от горизонта событий.
