Tisková zpráva

Vědci z EHT dosáhli dosud nejvyššího rozlišení při pozorování z povrchu Země

27. srpna 2024

Kolaborace Event Horizon Telescope (EHT) provedla testovací pozorování pomocí soustavy ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) a dalších zařízení, při nichž bylo dosaženo dosud nejvyššího rozlišení ze zemského povrchu [1]. Toho vědci docílili při detekci světla vzdálených galaxií na frekvenci přibližně 345 GHz, což odpovídá vlnové délce 0,87 mm. Kolaborace odhaduje, že v budoucnu budou schopni pořídit snímky černých děr o 50 % detailnější než dosud, a zaměřit se tak na oblast bezprostředně za hranicí blízkých supermasivních černých děr. Budou také moci zobrazit více černých děr než kdy dřív. Nové detekce, které jsou součástí pilotního experimentu, byly dnes zveřejněny v časopise The Astronomical Journal.

Kolaborace EHT zveřejnila v roce 2019 snímky M87*, supermasivní černé díry v centru galaxie M87, a v roce 2022 snímky Sgr A*, černé díry v srdci naší galaxie Mléčné dráhy. Tyto snímky byly získány propojením několika radiových observatoří po celé planetě pomocí techniky zvané interferometrie s velmi dlouhou základnou (VLBI), čímž vznikl jeden virtuální teleskop "o velikosti Země". 

Když chtějí astronomové dosáhnout vyššího rozlišení, obvykle využívají větší teleskopy - nebo větší vzdálenost mezi observatořemi pracujícími jako část interferometru. Protože měl však virtuální dalekohled EHT již velikost Země, další zvýšení rozlišení si žádalo jiný přístup. Tím je pozorovat světlo o kratší vlnové délce.

"S EHT jsme viděli první snímky černých děr na vlnové délce 1,3 mm, ale jasný prstenec, který vzniká ohybem světla gravitačním působením černé díry, byl rozmazaný, protože jsme jej pozorovali na absolutní hranici ostrosti," říká jeden z autorů studie Alexander Raymond, který dříve působil jako postdoktorand v Centru pro astrofyziku | Harvard & Smithsonian (CfA) a nyní v Jet Propulsion Laboratory, obojí ve Spojených státech. "Na vlnové délce 0,87 mm budou naše snímky ostřejší a detailnější, což jistě odhalí řadu nových vlastností - těch předpovězených, ale možná i těch nepředpovězených."

Kolaborace provedla na vlnové délce 0,87 mm testovací pozorování vzdálených jasných galaxií, aby prokázala, že je na ní dokáže pozorovat [2]. Namísto celé soustavy EHT vědci využili dvě menší dílčí soustavy, z nichž obě zahrnovaly ALMA a Atacama Pathfinder EXperiment (APEX) v poušti Atacama v Chile. Evropská jižní observatoř (ESO) je zapojena do obou těchto observatoří - v ALMA je partnerem a APEX spoluprovozuje. Do pozorování byly dále zapojeny 30metrový teleskop IRAM ve Španělsku a NOrthern Extended Millimeter Array (NOEMA) ve Francii, stejně jako Grónský teleskop a Submillimeter Array na Havaji.

V rámci tohoto pilotního experimentu dosáhla kolaborace pozorování s rozlišením až 19 mikroarcsekund, historicky nejvyššího rozlišení z povrchu Země. Zatím se však nepodařilo získat snímky: ačkoli bylo detekováno světlo z několika vzdálených galaxií, počet antén nebyl dostatečný k rekonstrukci obrazu. 

Tento technický test otevřel nové okno ke studiu černých děr. S plnou soustavou by EHT mohl pozorovat detaily o velikosti pouhých 13 mikroarcsekund, což odpovídá pozorování víčka od láhve na povrchu Měsíce ze Země. Na vlnové délce 0,87 mm získají astronomové snímky s rozlišením o 50 % vyšším než dříve zveřejněné snímky M87* a SgrA*. Navíc je zde potenciál k pozorování vzdálenějších, menších a slabších černých děr.

Jeden z vedoucích kolaborace EHT Sheperd "Shep" Doeleman, astrofyzik z CfA a spoluvedoucí studie, říká: "Sledování změn v okolním plynu na různých vlnových délkách nám pomůže vyřešit záhadu, jak černé díry přitahují a akretují hmotu a jak vznikají silné výtrysky, které z nich vychází a dosahují galaktických vzdáleností."

Tímto testem byla poprvé úspěšně použita technika VLBI na vlnové délce 0,87 mm. Samotné pozorování na vlnové délce 0,87 mm není nic nového, ale použití techniky VLBI na této vlnové délce představovalo výzvu, jejíž překonání vyžadovalo čas a technologický pokrok. Například vodní pára v atmosféře pohlcuje záření na vlnové délce 0,87 mm mnohem více než na 1,3 mm. V kombinaci se stále výraznějšími atmosférickými turbulencemi, nárůstem šumu na kratších vlnových délkách a nestálosti globálních povětrnostních podmínek během pozorování citlivých na atmosféru je pokrok v oblasti kratších vlnových délek pro VLBI - zejména těch, které překračují bariéru do submilimetrového režimu - pomalý. S těmito novými detekcemi se to však změnilo.

"Pozorování na vlnové délce 0,87 mm jsou průlomová, protože otevírají nové pozorovací okno pro studium supermasivních černých děr" uvádí Thomas Krichbaum, spoluautor studie z německého Institutu Maxe Plancka pro radioastronomii, instituce, která provozuje teleskop APEX společně s ESO. A dodává: "V budoucnu umožní kombinace dalekohledů IRAM ve Španělsku a NOEMA ve Francii s dalekohledy ALMA a APEX zobrazit ještě menší a slabší záření, než bylo dosud možné, a to na dvou vlnových délkách - 1,3 mm a 0,87 mm- současně."

Poznámky

[1] Existují astronomická pozorování s vyšším rozlišením, ale ta byla získána kombinací signálů z pozemních teleskopů s teleskopem ve vesmíru: https://www.mpifr-bonn.mpg.de/pressreleases/2022/2. Dnes zveřejněná nová pozorování jsou pozorováními s nejvyšším rozlišením, která kdy byla získána pouze pomocí pozemních dalekohledů. 

[2] Pro testování svých pozorování namířila kolaborace EHT antény na velmi vzdálené „aktivní“ galaxie, které jsou poháněny supermasivními černými dírami ve svých jádrech a jsou velmi jasné. Tyto typy zdrojů pomáhají kalibrovat pozorování předtím, než se EHT zaměří na slabší zdroje, jako jsou blízké černé díry.

Další informace

Tento výzkum kolaborace EHT byl prezentován v článku A. W. Raymonda a dalších, který byl dnes publikován v časopise The Astronomical Journal (doi: 10.3847/1538-3881/ad5bdb).

Do kolaborace EHT je zapojeno více než 400 vědců z Afriky, Asie, Evropy, Severní a Jižní Ameriky, přičemž na tomto článku se jich podílelo přibližně 270. Cílem mezinárodní spolupráce je pořídit nejdetailnější snímky černých děr, jaké kdy byly získány, a to vytvořením virtuálního dalekohledu o velikosti Země. Za podpory značného mezinárodního úsilí propojuje EHT stávající teleskopy pomocí nových technik - vzniká tak zcela nový přístroj s nejvyšší úhlovou rozlišovací schopností, jaké bylo dosud dosaženo. 

Konsorcium EHT tvoří 13 zainteresovaných institucí: Institut astronomie a astrofyziky Academia Sinica, Arizonská univerzita, Centrum pro astrofyziku | Harvard & Smithsonian, Chicagská univerzita, Východoasijská observatoř, Goetheho univerzita ve Frankfurtu, Institut de Radioastronomie Millimétrique, Large Millimeter Telescope, Max Planck Institute for Radio Astronomy, MIT Haystack Observatory, National Astronomical Observatory of Japan, Perimeter Institute for Theoretical Physics a Radboud University. 

ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) je mezinárodní astronomické zařízení, jenž společně provozují ESO, U.S. National Science Foundation (NSF) a National Institutes of Natural Sciences (NINS) of Japan ve spolupráci s Chile. ALMA je financována ESO jménem jejích členských států, NSF ve spolupráci s National Research Council of Canada (NRC)  a National Science and Technology Council (NSTC) na Tchaj-wanu a NINS ve spolupráci s Academia Sinica (AS) na Tchaj-wanu a Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI). Výstavbu a provoz soustavy ALMA vede ESO jménem svých členských států, National Radio Astronomy Observatory (NRAO) řízená Associated Universities, Inc. (AUI) za severní Ameriku a National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ) za východní Asii. The Joint ALMA Observatory (JAO) poskytuje jednotné vedení a management výstavby, plánování a provozu soustavy ALMA.

Atacama Pathfinder EXperiment (APEX) je teleskop o průměru 12 metrů, který pracuje na milimetrových a submilimetrových vlnových délkách - mezi infračerveným světlem a rádiovými vlnami. ESO provozuje APEX na jednom z nejvýše položených míst na Zemi, v nadmořské výšce 5100 metrů, vysoko na náhorní plošině Chajnantor v chilské oblasti Atacama. APEX je projektem Institutu Maxe Plancka pro radioastronomii (MPIfR), který jménem MPIfR hostí a provozuje ESO.

Evropská jižní observatoř (ESO) umožňuje vědcům z celého světa objevovat tajemství vesmíru ve prospěch všech. Navrhujeme, stavíme a provozujeme pozemní observatoře světové úrovně, které astronomové využívají k řešení vzrušujících záhad vesmíru a šíření fascinace astronomií, a podporujeme mezinárodní spolupráci v oblasti astronomie. ESO bylo založeno jako nadnárodní organizace v roce 1962 a dnes ji podporuje 16 členských států (Belgie, Česká republika, Dánsko, Francie, Finsko, Irsko, Itálie, Německo, Nizozemsko, Polsko, Portugalsko, Rakousko, Spojené království, Španělsko, Švédsko a Švýcarsko), hostitelský stát Chile a Austrálie jako strategický partner. Sídlo ESO a její návštěvnické centrum a planetárium ESO Supernova se nachází nedaleko německého Mnichova, zatímco chilská poušť Atacama, nádherné místo s jedinečnými podmínkami pro pozorování oblohy, je domovem našich dalekohledů. ESO provozuje tři pozorovací stanoviště: La Silla, Paranal a Chajnantor. Na Paranalu provozuje Very Large Telescope a jeho Interferometr, jakož i přehlídkové dalekohledy, jako je VISTA. Na Paranalu bude ESO také hostit a provozovat soustavu Čerenkovových teleskopů (Cherenkov Telescope Array South), největší a nejcitlivější observatoř pro gama záření na světě. ESO společně s mezinárodními partnery provozuje na Chajnantoru observatoř ALMA, která pozoruje oblohu v milimetrovém a submilimetrovém pásmu. Na Cerro Armazones poblíž Paranalu budujeme "největší oko upřené k nebi" - Extremely Large Telescope. Z našich kanceláří v Santiagu v Chile podporujeme naší činnost v zemi a spolupracujeme s chilskými partnery a společností.

Odkazy

• Vědecký článek
• Snímky dalekohledu ALMA
• Pro novináře: přihlašte se k odběru tiskových zpráv v češtině
• Pro vědce: máte pro nás námět? Popularizujte svůj výzkum

Kontakty

Shep Doeleman
Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian
Cambridge, MA, United States
Tel.: +1-617-496-7762
Email: sdoeleman@cfa.harvard.edu

Thomas Krichbaum
Max Planck Institute for Radio Astronomy
Bonn, Germany
Tel.: +49 228 525 295
Email: tkrichbaum@mpifr-bonn.mpg.de

Bárbara Ferreira
ESO Media Manager
Garching bei München, Germany
Tel.: +49 89 3200 6670
Mobil: +49 151 241 664 00
Email: press@eso.org

Anežka Srbljanović (press contact Česko)
ESO Science Outreach Network a Astronomical Institute of Czech Academy of Sciences
Tel.: +420 323 620 116
Email: eson-czech@eso.org

Connect with ESO on social media

Toto je překlad tiskové zprávy ESO eso2411. ESON -- ESON (ESO Science Outreach Network) je skupina spolupracovníku z jednotlivých členských zemí ESO, jejichž úkolem je sloužit jako kontaktní osoby pro lokální média.