Nejvýkonnější dalekohled na Zemi zachycuje snímky černých děr v nebývalých detailech

Teleskop Event Horizon Telescope dokázal dosáhnout bezprecedentního pozorování ve vysokém rozlišení ze Země pomocí frekvence 345 GHz, což poskytlo detailnější a barevnější snímky černých děr.

Tento pokrok v astrofyzice využívá velmi dlouhou základní interferenci ke globálnímu propojení více rádiových antén, čímž zlepšuje naše chápání jevů obklopujících černé díry a připravuje půdu pro budoucí vizualizace s vysokým rozlišením a potenciální zobrazování těchto vesmírných entit v reálném čase.

Průlom v zobrazování černých děr

Projektu Event Horizon Telescope (EHT) se podařilo provést testovací pozorování, která dosáhla nejvyššího rozlišení, jaké kdy bylo získáno z povrchu Země, díky detekci světla přicházejícího z center vzdálených galaxií o frekvenci asi 345 gigahertzů.

V kombinaci se stávajícími snímky masivních černých děr v jádře M87 a Sgr A na nízké frekvenci 230 GHz nám tyto nové výsledky zanechávají více než pouhou studii tohoto jevu. Černá díra Obrázky jsou o 50 % ostřejší, ale také poskytují vícebarevné pohledy na oblast těsně za hranicemi těchto vesmírných monster.

Zlepšení v radioastronomii

Nové objevy vedené vědci z Centra pro astrofyziku | Harvard a Smithsonian (CFA), která zahrnuje Smithsonian Astrophysical Observatory (SAO), zveřejněná dnes v Astronomický časopis.

„Pomocí dalekohledu Event Horizon Telescope jsme viděli první snímky černých děr pomocí detekce rádiových vln na 230 GHz,“ řekl spoluautor Alexander Raymond, který byl postdoktorandským výzkumným pracovníkem v Harvard Fine Arts Center a nyní pracuje na Harvard Fine Arts. Center „Ale jasný prsten, který jsme viděli a který vznikl ohybem světla v gravitaci černé díry, stále vypadal rozmazaně, protože jsme byli na absolutní hranici ostrosti snímků, které jsme mohli pořídit.“ NASALaboratoř tryskového pohonu NASALaboratoř proudového pohonu„Na 345 GHz budou naše snímky ostřejší a detailnější, což odhalí nové vlastnosti, jak ty, které byly dříve předpovězeny, tak možná i ty, které nebyly předpovězeny.“

Virtuální dalekohled velikosti Země: uvolnění síly EHT

EHT vytváří virtuální dalekohled o velikosti Země propojením více rádiových antén po celém světě pomocí techniky zvané interferometrie s velmi dlouhou základní linií (VLBI). K získání snímků s vyšším rozlišením mají astronomové dvě možnosti: zvětšit vzdálenost mezi anténami rádia nebo pozorovat na vyšší frekvenci. Protože EHT již mělo velikost naší planety, zvýšení rozlišení pozemních pozorování vyžadovalo rozšíření jeho frekvenčního rozsahu, a to je to, co nyní spolupráce EHT udělala.

„Abyste pochopili, proč jde o zásadní průlom, zamyslete se nad obrovskou explozí dalších detailů, které získáte, když přejdete od černobílých snímků k barevným snímkům,“ řekl spoluautor výzkumu Shepard „Shep“ Doleman, astrofyzik Cambridge Fine Arts Center, Sotheby’s Observatory, a zakládající ředitel Event Horizon Telescope. „Toto nové ‚barevné vidění‘ nám umožňuje oddělit účinky Einsteinovy ​​gravitace od horkého plynu a magnetických polí, které pohánějí černé díry a vypouštějí silné výtrysky proudící přes galaktické vzdálenosti.“

Hranol rozděluje bílé světlo na duhu barev, protože různé vlnové délky světla procházejí sklem různými rychlostmi. Ale gravitace ohýbá všechno světlo podobně, takže Einstein očekává, že velikost prstenců, které vidí EHT, bude podobná jak na 230 GHz, tak na 345 GHz, zatímco horký plyn obíhající černé díry bude na těchto dvou frekvencích vypadat jinak.

Překonávání technologických výzev ve vysokofrekvenčním VLBI

Je to poprvé, co byla technologie VLBI úspěšně použita na 345 GHz. Zatímco možnost pozorovat noční oblohu jednotlivými dalekohledy na 345 GHz existovala již dříve, používání technologie VLBI na této frekvenci již dlouho představovalo výzvy, jejichž překonání si vyžádalo čas a technologický pokrok. Vodní pára v atmosféře absorbuje vlny o frekvenci 345 GHz mnohem více než 230 GHz, čímž zeslabuje signály z černých děr na vyšší frekvenci. Klíčem bylo zlepšit citlivost EHT, což vědci udělali zvýšením šířky pásma přístrojů a čekáním na dobré počasí na všech místech.

Globální spolupráce a špičkové technologie

Nový experiment používal dvě malá dílčí pole EHT – skládající se z Atacama Large Millimeter/submilimeter Array (Alma) experiment Atacama Pathfinder Experiment (APEX) v Chile, 30metrový dalekohled IRAM ve Španělsku, Northern Extended Millimeter Array (NOEMA) ve Francii, Submillimeter Array (SMA) na Mauna Kea na Havaji a Greenland Telescope – pro měření s přesností až 19 mikrosekund Arc.

„Nejvýkonnější pozorovací místa na Zemi jsou ve vysokých nadmořských výškách, kde je ideální průhlednost a stabilita atmosféry, ale počasí může být ještě dramatičtější,“ řekl Nimesh Patel, astrofyzik z CfA a SAO a projektový inženýr v SMA. že na SMA nová pozorování vyžadovala Challenge the Icy Roads of Mauna Kea, aby otevřela scénu za stabilního počasí po sněhové bouři s minutami navíc. „Nyní, se systémy s vyšší šířkou pásma, které zpracovávají a zachycují širší úseky rádiového spektra, začínáme překonávat základní problémy v citlivosti, jako je počasí, jak ukazují nové objevy, je správný čas postoupit na 345 GHz.“

Budoucnost zobrazování černých děr: projekt ngEHT

Tento úspěch také poskytuje další základní kámen na cestě k vytváření filmů s vysokým rozlišením z prostředí horizontu událostí obklopujících černé díry, které budou stavět na upgradech stávajícího globálního pole. Plánovaný projekt Next Generation EHT (ngEHT) přidá k EHT nové antény ve vylepšených geografických lokalitách a vylepší stávající stanice tím, že je všechny upgraduje tak, aby fungovaly na více frekvencích mezi 100 GHz a 345 GHz současně. V důsledku těchto a dalších upgradů se očekává, že Global Array zvýší množství ostrých a jasných dat, která má EHT pro zobrazování, o faktor 10, což umožní vědcům nejen vytvářet podrobnější a citlivější snímky, ale také filmy, v nichž hrají hlavní roli. násilné vesmírné bestie.

Velký úspěch na poli výzkumu v astrofyzice

„Úspěch pozorování EHT na 345 GHz představuje významný vědecký úspěch,“ řekla Lisa Kewley, ředitelka observatoře CfA a SAO. díry, které jsme tehdy slíbili.“ „Rychle a nastavujeme nové a vyšší standardy pro schopnost astrofyzikálního výzkumu na Zemi.“

Chcete-li se o tomto objevu dozvědět více, podívejte se na Černé díry pozorované pomocí vysokých frekvencí, které jste dosud neviděli.

Odkaz: „První objevy velmi dlouhé základní linie při 870 µm“ od A.W. Raymonda a S. Doeleman a kol., 27. srpna 2024, Astronomický časopis.
DOI: 10.3847/1538-3881/ad5bdb