Forskare föreslår att avancerade teleskop kan upptäcka subtila skillnader i bilder av svarta hål för att utvärdera alternativa gravitationsteorier. Efterföljare till Event Horizon Telescope kan avslöja variationer från allmän relativitetsteori i extrema gravitationsmiljöer. Det kommer dock att krävas omfattande datainsamling under åratal för att upptäcka dessa skillnader.
Event Horizon Telescope har nyligen tillhandahållit de första bilderna av svarta håls omgivningar, vilket förbättrar upplösningen i områden dominerade av extrem gravitation. Denna framsteg väcker frågor om gravitationens natur, med tanke på allmän relativitetsteoris oförenlighet med kvantmekanik och dess misslyckande att förklara mörk materia. Forskare föreslår att svarta håls miljöer kan förstärka subtila skillnader i alternativa gravitationsteorier, vilket potentiellt tillåter nästa generations teleskop att utesluta vissa modeller.
Ett team på fyra fysiker från Shanghai och CERN gick tillbaka till sin analys före Event Horizon Telescope för att bedöma framtida kapaciteteter. De fokuserade på roterande svarta hål, där ramdragning böjer ljusbanor. Som forskarna noterar, “Allmän relativitetsteori förutsäger att bilden av en sådan region kommer att bestå av en serie inbäddade ringliknande bilder där varje ring skiljs åt av antalet halvorbitar [av det svarta hålet] som fotoner gör innan de når observatören.” Att mäta fotonringar kan undersöka stark, stationär krökning.
Med den parametriska Konoplya–Rezzolla–Zhidenko-metriken varierade teamet två parametrar från noll till ett, vilket skapade fyra gravitationsvarianter vid sidan av den standard Kerr-metriken från allmän relativitetsteori. Hydrodynamiska simuleringar modellerade den tredimensionella miljön, inklusive infallande materia, magnetfält och jetstrålar. De resulterande bilderna visar asymmetriska ljusa ringar, med en sida ljusare på grund av rotationen. Skillnader uppstod: en variant producerade den minsta men ljusaste ringen, en annan minskade kontrasten mellan sidorna, och jetbredderna varierade.
“Skillnader är uppenbart närvarande i bilderna”, sluter forskarna, “men dessa är också ganska små även vid övervägande av de mest extrema avvikelserna från [allmän relativitetsteori].” Svarta håls variabilitet från förändringar i ackretionsskivan kommer att komplicera upptäckten, vilket kräver fleråriga observationer. Ytterligare data som polarisering eller spektrala kartor kan vara essentiella för att skilja teorier åt. En koordinerad kampanj med uppgraderingar av nästa generations Event Horizon Telescope och rymdbaserade instrument kan främja gravitationsforskningen.
Studien publiceras i Nature Astronomy (2025). DOI: 10.1038/s41550-025-02695-4.