Найпотужніший телескоп Землі фіксує чорні діри в безпрецедентних деталях

Телескоп Event Horizon досяг безпрецедентно високої роздільної здатності спостережень із Землі, використовуючи частоту 345 ГГц, пропонуючи більш детальні та кольорові зображення чорних дір. Цей прогрес у галузі астрофізики використовує інтерферометрію з дуже довгою базовою лінією, щоб зв’язати численні радіотарілки в усьому світі, покращуючи наше розуміння явищ, що оточують чорні діри, і створюючи основу для майбутніх високоточних візуалізацій і, можливо, зображень цих космічних утворень у реальному часі. .

Прорив у зображенні чорної діри

Співпраця Event Horizon Telescope (EHT) провела тестові спостереження, досягнувши найвищої роздільної здатності, коли-небудь отриманої з поверхні Землі, шляхом виявлення світла від центрів далеких галактик на частоті близько 345 ГГц.

У поєднанні з існуючими зображеннями надмасивних чорних дір у серці M87 і Sgr A на нижчій частоті 230 ГГц ці нові результати не тільки зроблять фотографії чорних дір на 50% чіткішими, але й створять багатокольорові зображення регіону безпосередньо за межами. межа цих космічних звірів.

Покращення в радіоастрономії

Нові виявлення, очолювані вченими з Центру астрофізики | Harvard & Smithsonian (CfA), що включає Смітсонівську астрофізичну обсерваторію (SAO), були опубліковані сьогодні в The Astronomical Journal.

«За допомогою EHT ми побачили перші зображення чорних дір, виявивши радіохвилі на частоті 230 ГГц, але яскраве кільце, яке ми побачили, утворене викривленням світла під дією гравітації чорної діри, все ще виглядало розмитим, оскільки ми були на абсолютних межах різкості. ми могли б зробити зображення», — сказав співкерівник статті Олександр Реймонд, який раніше працював докторантом у CfA, а тепер працює в Лабораторії реактивного руху NASA (NASA- JPL ) . «На частоті 345 ГГц наші зображення будуть більш чіткими та деталізованими, що, у свою чергу, ймовірно, відкриє нові властивості, як ті, які були раніше передбачені, так і деякі, які не були».

Віртуальний телескоп розміром із Землю: вільна потужність EHT

EHT створює віртуальний телескоп розміром із Землю, з’єднуючи разом кілька радіотарілок по всій земній кулі, використовуючи техніку, що називається інтерферометрією з дуже довгою базовою лінією (VLBI). Щоб отримати зображення з вищою роздільною здатністю, у астрономів є два варіанти: збільшити відстань між радіотарілками або спостерігати на вищій частоті. Оскільки EHT вже був розміром з нашу планету, підвищення роздільної здатності наземних спостережень вимагало розширення його частотного діапазону, і саме це зараз зробила співпраця EHT.

«Щоб зрозуміти, чому це прорив, подумайте про сплеск додаткових деталей, який ви отримуєте, коли переходите від чорно-білих фотографій до кольорових», — сказав один із керівників газети Шеперд «Шеп» Долеман, астрофізик із CfA та SAO та директор-засновник. EHT. «Це нове «кольорове бачення» дозволяє нам відрізнити вплив гравітації Ейнштейна від гарячого газу та магнітних полів, які живлять чорні діри та запускають потужні струмені, що летять на галактичні відстані».

Призма розділяє біле світло на веселку кольорів, оскільки різні довжини хвилі світла поширюються крізь скло з різною швидкістю. Але гравітація викривляє все світло подібним чином, тому Ейнштейн передбачає, що розмір кілець, які спостерігає EHT, має бути однаковим як на 230 ГГц, так і на 345 ГГц, тоді як гарячий газ, що обертається навколо чорних дір, виглядатиме по-різному на цих двох частотах.

Подолання технологічних проблем у високочастотному VLBI

Це перший раз, коли метод VLBI був успішно використаний на частоті 345 ГГц. Хоча можливість спостерігати за нічним небом за допомогою окремих телескопів на частоті 345 ГГц існувала раніше, використання методу VLBI на цій частоті довгий час створювало проблеми, для подолання яких потрібен був час і технологічний прогрес. Водяна пара в атмосфері поглинає хвилі на 345 ГГц набагато більше, ніж на 230 ГГц, послаблюючи сигнали від чорних дір на вищій частоті. Ключовим було покращити чутливість EHT, що дослідники зробили, збільшивши смугу пропускання приладів і дочекавшись гарної погоди на всіх сайтах.

Глобальна співпраця та передові технології

У новому експерименті використовувалися два невеликих підматриці EHT, що складаються з Atacama Large Millimeter/submillimeter Array ( ALMA ) і Atacama Pathfinder EXperiment (APEX) у Чилі, 30-метрового телескопа IRAM в Іспанії, NOrthern Extended Millimeter Array ( NOEMA) у Франції, Субміліметровий масив (SMA) на Маунакеа на Гаваях і Гренландський телескоп — щоб проводити вимірювання з роздільною здатністю до 19 мікрокугових секунд.

«Найпотужніші точки спостереження на Землі знаходяться на великих висотах, де атмосферна прозорість і стабільність є оптимальними, але погода може бути більш драматичною», — сказав Німеш Патель, астрофізик з CfA та SAO та інженер проекту з SMA, додавши, що на SMA, нові спостереження вимагали подолання крижаних доріг у Маунакеа, щоб відкрити масив за стабільної погоди після снігового шторму з запасом хвилин. «Тепер, завдяки широкосмуговим системам, які обробляють і захоплюють ширші смуги радіочастот, ми починаємо долати базові проблеми чутливості, такі як погода. Настав час, як доводять нові виявлення, для переходу до 345 ГГц».

Майбутнє зображення чорної діри: проект ngEHT

Це досягнення також є ще однією сходинкою на шляху до створення високоякісних фільмів середовища горизонту подій навколо чорних дір, яке покладатиметься на оновлення існуючого глобального масиву. Запланований проект наступного покоління EHT (ngEHT) додасть нові антени до EHT в оптимізованих географічних місцях і покращить існуючі станції, оновивши їх усі для роботи на кількох частотах між 100 ГГц і 345 ГГц одночасно. Очікується, що в результаті цих та інших модернізацій глобальний масив збільшить кількість різких, чітких даних, які EHT має для отримання зображень, у 10 разів, дозволяючи вченим не лише створювати більш детальні та чутливі зображення, але й знімати фільми з такими жорстокими ролями. космічні звірі.

Важлива віха в астрофізичних дослідженнях

«Успішне спостереження EHT на частоті 345 ГГц є важливою науковою віхою», — сказала Ліза Кьюлі, директор CfA та SAO. «Розсуваючи межі роздільної здатності, ми досягаємо безпрецедентної чіткості зображень чорних дір, яку ми обіцяли на початку, і встановлюємо нові та вищі стандарти для можливостей наземних астрофізичних досліджень».