Най-мощният телескоп на Земята заснема изображения на черни дупки с безпрецедентни детайли

Телескопът Event Horizon успя да постигне безпрецедентни наблюдения с висока разделителна способност от Земята, използвайки честота от 345 GHz, предоставяйки по-подробни и цветни изображения на черни дупки.

Този напредък в астрофизиката използва много дълги фундаментални смущения, за да свърже множество радио чинии в световен мащаб, подобрявайки разбирането ни за феномените около черните дупки и проправяйки пътя за бъдещи визуализации с висока разделителна способност и потенциални изображения в реално време на тези космически обекти.

Пробив в изображенията на черни дупки

Проектът Event Horizon Telescope (EHT) успя да проведе тестови наблюдения, които постигнаха най-високата резолюция, получавана някога от повърхността на Земята, чрез откриване на светлина, идваща от центровете на далечни галактики с честота от около 345 гигахерца.

Когато се комбинират със съществуващите изображения на масивните черни дупки в ядрото на M87 и Sgr A при ниската честота от 230 GHz, тези нови резултати ни оставят повече от просто изследване на този феномен. Черна дупка Изображенията са с 50% по-резки, но също така създават многоцветни изгледи на района точно извън границите на тези космически чудовища.

Подобрения в радиоастрономията

Новите открития, водени от учени от Центъра по астрофизика | Харвард и Смитсониън (CFA), която включва Смитсонианската астрофизична обсерватория (SAO), публикувана днес в Астрономическо списание.

„С помощта на телескопа Event Horizon видяхме първите изображения на черни дупки чрез откриване на радиовълни на 230 GHz“, каза съавторът Александър Реймънд, който беше постдокторантски изследовател в Центъра за изящни изкуства на Харвард и сега работи в Центъра за изящни изкуства на Харвард Център „Но яркият пръстен, който видяхме, който се образува от огъването на светлината в гравитацията на черната дупка, все още изглеждаше размазан, защото бяхме на абсолютните граници на това колко резки изображения можехме да направим.“ НАСАЛабораторията за реактивни двигатели на НАСАЛаборатория за реактивни двигатели„При 345 GHz нашите изображения ще бъдат по-отчетливи и по-подробни, което ще разкрие нови свойства, както тези, които са били предсказани по-рано, така и може би някои, които не са били предсказани.“

Виртуален телескоп с размерите на Земята: отприщване на силата на EHT

EHT създава виртуален телескоп с размерите на Земята чрез свързване на множество радиоантени по целия свят, използвайки техника, наречена много дълга базова интерферометрия (VLBI). За да получат изображения с по-висока разделителна способност, астрономите имат две възможности: да увеличат разстоянието между радио чиниите или да наблюдават на по-висока честота. Тъй като EHT вече беше с размерите на нашата планета, увеличаването на разделителната способност на наземните наблюдения изискваше разширяване на неговия честотен обхват и това е, което EHT сътрудничеството направи сега.

„За да разберете защо това е голям пробив, помислете за огромната експлозия от допълнителни детайли, които получавате, когато преминете от черно-бели изображения към цветни изображения“, каза съавторът на изследването Шепард „Шеп“ Долман, астрофизик в Център за изящни изкуства в Кеймбридж и основател на телескопа Event Horizon. „Това ново „цветно зрение“ ни позволява да разделим ефектите на гравитацията на Айнщайн от горещия газ и магнитните полета, които захранват черните дупки и изстрелват мощни струи, които текат през галактически разстояния.“

Призмата разделя бялата светлина на дъга от цветове, защото различните дължини на вълната на светлината се движат с различна скорост през стъклото. Но гравитацията огъва цялата светлина по подобен начин, така че Айнщайн очаква размерът на пръстените, наблюдавани от EHT, да бъде подобен както при 230 GHz, така и при 345 GHz, докато горещият газ, обикалящ около черни дупки, ще изглежда различно при тези две честоти.

Преодоляване на технологичните предизвикателства във високочестотния VLBI

Това е първият път, когато технологията VLBI се използва успешно при 345 GHz. Докато възможността за наблюдение на нощното небе с отделни телескопи на 345 GHz съществуваше и преди, използването на VLBI технология на тази честота отдавна представляваше предизвикателства, чието преодоляване отне време и технологичен прогрес. Водната пара в атмосферата поглъща вълни при 345 GHz много повече от 230 GHz, отслабвайки сигналите от черните дупки при по-високата честота. Ключът беше да се подобри чувствителността на EHT, което изследователите направиха чрез увеличаване на честотната лента на инструментите и изчакване на хубаво време на всички обекти.

Глобално сътрудничество и най-съвременни технологии

Новият експеримент използва два малки подматрици на EHT – състоящ се от Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (Алма) Atacama Pathfinder Experiment (APEX) в Чили, 30-метровия телескоп IRAM в Испания, Northern Extended Millimeter Array (NOEMA) във Франция, Submillimeter Array (SMA) на Мауна Кеа в Хавай и Гренландския телескоп – за измервания с точност до 19 микросекунди Arc.

„Най-мощните места за наблюдение на Земята са на голяма надморска височина, където атмосферната прозрачност и стабилност са идеални, но времето може да бъде още по-драматично“, каза Нимеш Пател, астрофизик в CfA и SAO и инженер по проекта в SMA, добавяйки че на SMA новите наблюдения изискват Mauna Kea Icy Roads Challenge да отключи комплекта при ясно време след снежна буря с допълнителни минути. „Сега, със системи с по-висока честотна лента, които обработват и улавят по-широки участъци от радиоспектъра, ние започваме да преодоляваме фундаментални проблеми в чувствителността, като времето, както показват новите открития, да преминем към 345 GHz.“

Бъдещето на изображенията на черни дупки: проектът ngEHT

Това постижение също така осигурява още един крайъгълен камък по пътя към създаване на филми с висока разделителна способност на средата на хоризонта на събитията около черни дупки, които ще надграждат надстройки на съществуващия глобален масив. Планираният проект за следващо поколение EHT (ngEHT) ще добави нови антени към EHT в подобрени географски местоположения и ще подобри съществуващите станции, като ги надстрои, за да работят на множество честоти между 100 GHz и 345 GHz едновременно. В резултат на тези и други надстройки се очаква Global Array да увеличи количеството резки, ясни данни, които EHT има за изображения, с коефициент 10, позволявайки на учените не само да създават по-детайлни и чувствителни изображения, но и филми с тях жестоки космически зверове.

Голямо постижение в областта на изследванията в астрофизиката

„Успехът на EHT наблюдението на 345 GHz представлява голямо научно постижение“, каза Лиза Кюли, директор на CfA и SAO Observatory. дупки, които обещахме по онова време.

За да научите повече за това откритие, вижте Черни дупки, наблюдавани с помощта на високи честоти, невиждани досега.

Референция: „Първи открития на много дълги базови смущения при 870 µm“ от A. W. Raymond и S. Doeleman et al., 27 август 2024 г., Астрономическо списание.
DOI: 10.3847/1538-3881/ad5bdb