A Föld legerősebb teleszkópja példátlan részletességgel rögzíti a fekete lyukak képeit

Az Event Horizon Telescope példátlanul nagy felbontású megfigyeléseket tudott elérni a Földről a 345 GHz-es frekvencia használatával, így részletesebb és színesebb képeket készített a fekete lyukakról.

Az asztrofizika ezen előrehaladása nagyon hosszú alapvető interferenciát használ ki több rádióantenna globális összekapcsolására, javítva a fekete lyukakat körülvevő jelenségek megértését, és előkészítve az utat e kozmikus entitások jövőbeli nagy felbontású vizualizációi és potenciális valós idejű képalkotása előtt.

Áttörés a fekete lyukak képalkotásában

Az Event Horizon Telescope (EHT) projektnek sikerült olyan tesztmegfigyeléseket végrehajtania, amelyek a Föld felszínéről valaha elért legmagasabb felbontást érték el, távoli galaxisok központjaiból érkező fény detektálásával körülbelül 345 gigahertzes frekvenciával.

Az M87 és Sgr A magjában lévő, masszív fekete lyukakról készült, 230 GHz-es alacsony frekvenciájú képekkel kombinálva ezek az új eredmények nem csupán ennek a jelenségnek a tanulmányozását teszik lehetővé. Fekete lyuk A képek 50%-kal élesebbek, de sokszínű képet adnak a kozmikus szörnyek határain kívül eső területről.

Fejlesztések a rádiócsillagászatban

Az Asztrofizikai Központ tudósai által vezetett új felfedezések | Harvard és Smithsonian (CFA), amely magában foglalja a Smithsonian Astrophysical Observatoryt (SAO), amelyet ma tettek közzé Csillagászati ​​folyóirat.

„Az Event Horizon Telescope segítségével 230 GHz-es rádióhullámok észlelésével láttuk az első képeket a fekete lyukakról” – mondta Alexander Raymond társszerző, aki a Harvard Fine Arts Center posztdoktori kutatója volt, jelenleg pedig a Harvard Fine Arts-ban dolgozik. „De a fényes gyűrű, amelyet a fekete lyuk gravitációjában a fénynek meghajlított, még mindig homályosnak tűnt, mert a képek élességének határán jártunk.” NASAA NASA Jet Propulsion LaboratorySugárhajtómű Laboratórium„345 GHz-en a képeink élesebbek és részletesebbek lesznek, ami új tulajdonságokat tár fel, mind azokat, amelyeket korábban megjósoltak, és talán olyanokat is, amelyeket nem jósoltak meg.”

Egy virtuális Föld méretű távcső: szabadjára engedni az EHT erejét

Az EHT egy virtuális Föld méretű távcsövet hoz létre több rádióantenna összekapcsolásával világszerte, a nagyon hosszú alapvonal interferometriának (VLBI) nevezett technikával. Nagyobb felbontású képek készítéséhez a csillagászoknak két lehetőségük van: növelik a távolságot a rádiótányérok között, vagy magasabb frekvencián figyelnek. Mivel az EHT már akkora volt, mint a mi bolygónk, a földi megfigyelések felbontásának növelése a frekvenciatartomány bővítését tette szükségessé, és az EHT együttműködés most ezt tette.

„Ahhoz, hogy megértsük, miért jelent ez nagy áttörést, gondoljon arra, hogy a fekete-fehér képekről a színes képekre áttérve milyen hatalmas robbanásszerű extra részleteket kaphat” – mondta Shepard „Shep” Doleman, a kutatás egyik asztrofizikusa, a kutatás társszerzője. Cambridge Fine Arts Center, valamint az Event Horizon Telescope alapító igazgatója. „Ez az új „színlátás” lehetővé teszi számunkra, hogy elkülönítsük Einstein gravitációjának hatásait a forró gázoktól és mágneses mezőktől, amelyek a fekete lyukakat táplálják, és nagy teljesítményű sugárhajtásokat indítanak el, amelyek galaktikus távolságokon keresztül áramlanak.”

A prizma a fehér fényt színek szivárványára osztja, mivel a különböző hullámhosszú fények különböző sebességgel haladnak át az üvegen. De a gravitáció minden fényt hasonlóan hajlít, így Einstein arra számít, hogy az EHT által látott gyűrűk mérete hasonló lesz 230 GHz-en és 345 GHz-en is, míg a forró gáz körül keringő fekete lyukak eltérően fognak kinézni ezen a két frekvencián.

Technológiai kihívások leküzdése a nagyfrekvenciás VLBI-ban

Ez az első alkalom, hogy a VLBI technológiát sikeresen alkalmazzák 345 GHz-en. Míg az éjszakai égbolt egyedi 345 GHz-es teleszkópokkal való megfigyelése korábban is létezett, a VLBI technológia ezen a frekvencián való alkalmazása régóta kihívásokat jelent, amelyek leküzdése időbe és technológiai fejlődésbe telt. A légkörben lévő vízgőz sokkal jobban elnyeli a 345 GHz-es hullámokat, mint a 230 GHz-et, gyengíti a fekete lyukakból érkező jeleket a magasabb frekvencián. A kulcs az EHT érzékenységének javítása volt, amit a kutatók úgy tettek meg, hogy növelték a műszerek sávszélességét, és minden helyszínen kivárták a jó időt.

Globális együttműködés és csúcstechnológia

Az új kísérlet az EHT két kis altömbjét használta, amelyek az Atacama Large Millimeter/submillimeter Array-ből állnak (Alma) az Atacama Pathfinder Experiment (APEX) Chilében, az IRAM 30 méteres teleszkóp Spanyolországban, a Northern Extended Millimeter Array (NOEMA) Franciaországban, a Submillimeter Array (SMA) a Mauna Kea Hawaii-on és a Grönland Teleszkóp – a mérésekhez akár 19 mikroszekundum pontossággal Ív.

„A Föld legerősebb megfigyelőhelyei nagy magasságban vannak, ahol a légkör átlátszósága és stabilitása ideális, de az időjárás még drámaibb lehet” – mondta Nimesh Patel, a CfA és a SAO asztrofizikusa, valamint az SMA projektmérnöke. hogy az SMA-n az új megfigyelések megkövetelték a Challenge the Icy Roads of Mauna Kea, hogy egy hóvihar után stabil időben, plusz percekkel nyissa meg a díszletet. „Most a nagyobb sávszélességű rendszerekkel, amelyek a rádióspektrum szélesebb sávjait dolgozzák fel és rögzítik, kezdjük leküzdeni az olyan alapvető érzékenységi problémákat, mint az időjárás, ahogy az új felfedezések bizonyítják, itt az idő, hogy 345 GHz-re lépjünk.”

A fekete lyukak képalkotásának jövője: az ngEHT projekt

Ez az eredmény egyben egy újabb sarokköve a fekete lyukakat körülvevő eseményhorizont-környezet nagy felbontású filmjeinek létrehozásához vezető úton, amely a meglévő globális tömb frissítésére épít. A tervezett Next Generation EHT (ngEHT) projekt új antennákkal bővíti az EHT-t a jobb földrajzi helyeken, és továbbfejleszti a meglévő állomásokat azáltal, hogy mindegyiket úgy fejleszti, hogy egyidejűleg több 100 GHz és 345 GHz közötti frekvencián működjenek. Ezeknek és más fejlesztéseknek köszönhetően a Global Array várhatóan 10-szeresére növeli az EHT képalkotáshoz rendelkezésre álló éles, tiszta adatok mennyiségét, lehetővé téve a tudósok számára, hogy ne csak részletesebb és érzékenyebb képeket készítsenek, hanem filmeket is készítsenek ezeknek a főszereplőknek. erőszakos kozmikus vadállatok.

Jelentős eredmény az asztrofizikai kutatások területén

„A 345 GHz-es EHT-megfigyelés sikere jelentős tudományos eredmény” – mondta Lisa Kewley, a CfA és az SAO Obszervatórium igazgatója. „A felbontás határainak határig feszegetésével példátlan tisztaságot érünk el a fekete képalkotás terén. lyukak, amelyeket annak idején ígértünk.

Ha többet szeretne megtudni erről a felfedezésről, olvassa el a korábban soha nem látott magas frekvenciákkal megfigyelt fekete lyukak című részt.

Hivatkozás: „A nagyon hosszú alapvonali interferencia első felfedezése 870 µm-nél”, A.W. Raymond és S. Doeleman et al., 2024. augusztus 27., Csillagászati ​​folyóirat.
DOI: 10.3847/1538-3881/ad5bdb