Pressemeddelelse

Skarpeste himmelbilleder indtil nu optaget af forskere fra EHT-projektet

27. august 2024

Det internationale astronomiprojekt Event Horizon Telescope (EHT) har udført en række testobservationer med Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) og andre anlæg, hvor man har fået den største opløsningsevne - altså skarphed -, som indtil nu er opnået fra Jordens overflade [1]. Det er sket ved at studere lys fra fjerne galakser ved en frekvens omkring 345 GHz, svarende til en bølgelængde på 0,87 mm. Forskerne vurderer, at de i fremtiden vil kunne tage billeder af sorte huller, som er 50% skarpere end det før har været muligt. Dermed vil man især kunne focusere skarpere på områder i udkanten af nære supertunge sorte huller. Desuden vil de kunne optage billeder af flere sorte huller, end det har været muligt indtil nu. De ny optagelser, som er del i et pilotforsøg, blev offentliggjort idag i The Astronomical Journal.

I 2019 offentliggjorde EHT-samarbejdet billeder af M87*, som er det supertunge sorte hul i centrum af galaksen M87, og  i 2022 fik vi de første billeder af Sgr A*, altså det sorte hul i centrum af vores egen galakse Mælkevejen. De billeder er optaget ved at sammenkoble flere radioobservatorier over hele Jorden med en teknik, som kaldes very long baseline interferometry (VLBI). Man skaber et enkelt virtuelt teleskop med samme diameter som hele jordkloden.

For at få skarpere billeder i højere opløsning bruger astronomerne typisk teleskoper med større diameter, eller man øger afstanden imellem de observatorier, som medvirker i interferometeret. Da EHT allerede i forvejen havde udstrækning som Jorden, kræver en forbedring her andre metoder. En anden måde at forbedre opløsningsevnen for et teleskop er at observere lys af kortere bølgelængder - og det er lige netop, hvad EHT nu har gjort.

"Vi så med EHT de første billeder af sorte huller, hvor vi har brugt observationer i 1,3 mm bølgelængdeområdet, men den klartlysende ring, som vi så, og som er dannet ved at lyset afbøjes af den enorme tyngdekraft omkring det sorte hul, var stadig uskarp, fordi vi var ved den absolutte grænse for, hvor skarpt vi kunne gøre billederne," siger hovedforfatter på den nye forskningsartikel Alexander Raymond, som tidligere var ansat som forsker ved Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian (CfA), og som nu arbejder ved Jet Propulsion Laboratory. Begge er steder i USA. "Ved 0,87 mm bliver billederne skarpere og mere detaljerede, og det vil sandsynligvis give os ny viden, både om noget, som allerede er forudsagt, og noget, som ikke er det."

For at vise, at det er muligt at observere ved 0,87 mm bølgelængde udførte forskersamarbejdet testobservationer af fjerne klare galakser[2]. Det er ikke hele EHT, som har været i brug til dette; kun to mindre underafdelinger, som begge omfatter ALMA og Atacama Pathfinder EXperiment (APEX) i Chiles Atacamaørken. Det europæiske Sydobservatorium ESO er partner i ALMA, og er delvist ejer og bruger af APEX. De andre anlæg er dels IRAM 30-meter teleskopet i Spanien, NOrthern Extended Millimeter Array (NOEMA) i Frankring og dels Grønlandsteleskopet og Submillimeteranlægget på Hawai'i.

I dette pilotforsøg har man i samarbejdet opnået observationer med detaljer ned til 19 mikrobuesekunder, og det betyder, at det er den fineste opløsningsevne, som indtil nu er opnået ved observationer fra jordoverfladen. Dog er der endnu ikke nogen billeder at se på. Nok er det lykkedes at få sikre målinger af lyset fra adskillige fjerne galakser, men der er brug for data fra endnu flere antenner, hvis man skal kunne skabe et billede ud fra de indhøstede data.

Med disse tekniske tests er der åbnet et nyt vindue for studiet af sorte huller. Med alle EHT-teleskoperne i brug vil man kunne se detaljer ned til 13 mikrobuesekunder; svarende til at kunne se en ølkapsel på Månens overflade fra Jorden. Det betyder, at ved 0,87 mm vil det være muligt at opnå en opløsning som vil være omkring 50% højere end hvad vi hidtil har set på billederne i 1,3 mm bølgelængde af M87* og SgrA*. Ud over det, vil det være muligt at observere fjernere, mindre og svagere sorte huller end hvad EHT-samarbejdet til nu har opnået.

EHTs leder fra starten, Sheperd "Shep" Doeleman, som er astrofysiker ved CfA, og som er medforfatter til artiklen siger: "Når vi kan se forandringer i de omgivende gasarter ved forskellige bølgelængder, vil vi bedre kunne løse gåden om, hvordan de sorte huller tiltrækker og indsamler stof, og hvordan de kan udspy kraftige jetstråler helt ud i galaktiske afstande."

Det her er første gang at VLBI-teknikkerne er anvendt med held ved 0,87 mm bølgelængde. Tidligere har forskerne nok kunnet observere nattehimlen ved 0,87 mm, men der har altid været udfordringer ved at bruge VLBI-teknikken i denne bølgelængde, og at klare dem har taget tid og krævet tekniske fremskridt. For eksempel absorberer vanddamp i atmosfæren meget mere stråling ved 0,87 mm end ved 1,3 mm, og dermed er det vanskeligere for radioteleskoperne at registrere noget signal fra sorte huller ved de kortere bølgelængder.

Desuden er der en større turbulens og støj i atmosfæren ved kortere bølgelængder, og de manglende muligheder for at kontrollere vejret på globalt plan, ved observationer, som er meget afhængige af de atmosfæriske forhold forøger også problemerne ved VLTI-observationer ved korte bølgelængder. Der har især været udfordringer ved observationer i området under 1 mm, men det har nu altsammen ændret sig til det bedre.

"At vi nu kan indhøste VLBI-data ved 0,87 mm er et gennembrud, for det åbner et nyt observationevindue for studiet af supertunge sorte huller," fastslår Thomas Krichbaum, som er medforfatter til atriklen, og som arbejder ved Max Planck Institute for Radio Astronomy i Tyskland, hvorfra APEX-teleskopet styres i samarbejde med ESO. Han tilføjer: "I fremtiden vil sammenkoblingen af IRAM-teleskoperne i Spanien (IRAM-30m) og NOEMA i Frankring med ALMA og APEX gøre det muligt at danne billeder af endnu mindre og svagere detaljer end hvad der tidligere har været muligt ved de to bølgelængder 1,3 mm og 0,87 mm samtidigt."

Noter

[1] Der er tidligere foretaget astronomiske observationer med en højere opløsning, men så er de opnået ved at kombinere signaler fra jordbaserede teleskoper med rumteleskoper: https://www.mpifr-bonn.mpg.de/pressreleases/2022/2. De nye observationer, som idag bliver offentliggjorte, er dem med den højeste opløsning, hvor der udelukkende er brugt jordbaserede teleskoper.

[2] I denne observationstest blev teleskoperne i EHT-samarbejdet rettet ind imod meget fjerne 'aktive' galakser, som får deres energi fra centrale supertunge sorte huller, og som er meget lysstærke. Med denne type objekter kan man kalibrere observationerne før man når til at pege EHT imod endnu svagere kilder, som for eksempel de nære sorte huller.

Mere information

EHT-samarbejdets resultater her er offentliggjort idag i en artikel af A. W. Raymond et al. i tidsskriftet The Astronomical Journal (doi: 10.3847/1538-3881/ad5bdb).

EHT-samarbejdet omfatter mere end 400 forskere fra Afrika, Asien, Europa, Nord- og Sydamerika, hvoraf omkring 270 bidrager i denne artikel. Det internationale samarbejde har til formål at optage de mest detaljerede billeder nogensinde af sorte huller ved at danne et virtuelt teleskop på størrelse med jordkloden. Med støtte fra mange sider internationalt sammenkobler EHT eksisterende teleskoper ved hjælp af nyskabende teknikker, og bygger derved et grundliggende nyt instrument med den største vinkelopløsningsevne, som indtil nu er opnået.

EHT-konsortiet består af 13 partnerinstitutter: the Academia Sinica Institute of Astronomy and Astrophysics, the University of Arizona, the Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian, the University of Chicago, the East Asian Observatory, Goethe University Frankfurt, 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, og Radboud University. 

ALMA, Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, er et internationalt astronomisk observatorium, med ESO, US National Science Foundation (NSF) og National Institutes of Natural Sciences (NINS) i Japan i samarbejde med Chile. ALMAs finansieres af ESO (Det europæiske sydobservatorium), NSF i samarbejde med Canadas National Research Council og National Science Council i Taiwan, og af NINS i samarbejde med Academia Sinica i Taiwan og Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI). Opbygning og drift af ALMA styres af ESO på vegne af medlemstaterne, af National Radio Observatory ved Associated Universities, Inc. på vegne af Nordamerika og af National Astronomical Observatory i Japan på vegne af Østasien. Organisationen Joint ALMA Observatory, JAO står for den fælles ledelse og styring af konstruktion og drift af ALMA.

APEX er et 12 meterteleskop, som arbejder i millimeter- og submillimeterbølgelængdeområderne - imellem infrarødt lys og radiobølger. Derfor er Chajnantorhøjsletten i Atacamaørkenen med en højde over havet på 5100 meter et ideelt sted til sådan et teleskop, for området er et af de tørreste på Jorden. Teleskopet tilhører  Max Planck Institute for Radio Astronomy (MPIfR), og ESO huser og driver det på vegne af MPIfR.

ESO er den fremmeste fællesnationale astronomiorganisation i Europa, og verdens langt mest produktive jordbaserede astronomiske observatorium. 16 lande er med i ESO: Belgien, Brazilien, Danmark, Finland, Frankrig, Italien, Nederlandene, Polen, Portugal, Spanien, Sverige, Schweiz, Storbritannien, Tjekkiet, Tyskland og Østrig, og desuden værtsnationen Chile. ESO har et ambitiøst program, som gør det muligt for astronomer at gøre vigtige videnskabelige opdagelser. Programmet har focus på design, konstruktion og drift af stærke jordbaserede observatorier. Desuden har ESO en ledende rolle i formidling og organisering af samarbejde omkring astronomisk forskning. ESO driver tre enestående observatorier i verdensklasse i Chile: La Silla, Paranal og Chajnantor. På Paranal driver ESO VLT, Very Large Telescope, som er verdens mest avancerede observatorium for synligt lys, samt to oversigtsteleskoper. VISTA, som observerer i infrarødt, er verdens største oversigtsteleskop, og VLT Survey Teleskopet er det største teleskop bygget til at overvåge himlen i synligt lys. ESO er en af de største partnere i ALMA, som er det største eksisterende astronomiprojekt. For tiden bygges ELT, et 39 m optisk og nærinfrarødt teleskop på Cerro Armazones, tæt ved Paranal. Det bliver "verdens største himmeløje".

Links

• Forskningsartiklen
• Fotos af ALMA
• For journalister: Du kan abonnere på vore pressemeddelelser på dit eget sprog her
• For forskere: Har du en god historie, så send os et praj

Kontakter

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

Thomas Krichbaum
Max Planck Institute for Radio Astronomy
Bonn, Germany
Tel: +49 228 525 295
E-mail: 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
E-mail: press@eso.org

Ole J. Knudsen (Pressekontakt Danmark)
ESOs formidlingsnetværk og Aarhus Space Centre, Aarhus Universitet
Aarhus, Danmark
Tel: +45 8715 5597
E-mail: eson-denmark@eso.org

Connect with ESO on social media

Dette er en oversættelse af ESO pressemeddelelse eso2411 lavet af ESON - et netværk af personer i ESOs medlemslande, der er kontaktpunkter for medierne i forbindelse med ESO nyheder, pressemeddelelser mm.