Komunikat prasowy

Naukowcy z EHT wykonali obserwacje z największą zdolnością rozdzielczą z powierzchni Ziemi

27 sierpnia 2024

Zespół Teleskop Horyzontu Zdarzeń (ang. Event Horizon Telescope, w skrócie EHT) przeprowadził testowe obserwacje przy pomocy Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) i innych teleskopów, które osiągnęły najlepszą rozdzielczość kiedykolwiek osiągniętą z powierzchni Ziemi [1]. Udało się tego dokonać dzięki wykryciu światła od odległych galaktyk na częstotliwości około 345 GHz, co odpowiada długości fali 0,87 mm. Projekt szacuje, że w przyszłości będzie można uzyskiwać obrazy czarnych dziur, które są nawet o 50% bardziej szczegółowe niż do tej pory, umożliwiając lepszą ostrość w obszarze tuż za granicą pobliskiej supermasywnej czarnej dziury. Będzie też można otrzymywać więcej obrazów czarnych dziur niż udało się to do tej pory. Nowe detekcje to część pilotażowego eksperymentu, wyniki opublikowano dzisiaj w „The Astronomical Journal”.

Zespół EHT Collaboration opublikował w 2019 r. obrazy M87*, supermasywnej czarnej dziury w centrum galaktyki M87, a także w 2022 r. obrazy Sgr A*, czarnej dziury w sercu naszej Drogi Mlecznej. Obrazy te uzyskano łącząc razem wiele obserwatoriów radiowych na całej planecie, przy pomocy techniki zwanej interferometrią wielkobazową (VLBI), aby utworzyć pojedynczy wirtualny teleskop o rozmiarach Ziemi.

W celu uzyskania obrazów o lepszej rozdzielczości, astronomowie zwykle polegają na większych teleskopach – albo na większej odległości pomiędzy obserwatoriami pracującymi jako część interferometru. Ale ponieważ EHT miał już rozmiar Ziemi, zwiększanie rozdzielczości w obserwacjach naziemnych wymagało innego podejścia. Innym sposobem na zwiększenie rozdzielczości teleskopu jest obserwowanie światła o krótszych falach – i właśnie tego dokonano teraz w ramach EHT.

„Przy pomocy EHT zobaczyliśmy pierwsze obrazy czarnych dziur, używając obserwacji na falach 1,3 mm, ale jasny pierścień, który zobaczyliśmy, uformowany przez światło zakrzywione przez grawitację czarnej dziury, nadal wygląda na zamazany, ponieważ byliśmy na absolutnej granicy ostrości, którą mogliśmy uzyskać w obrazach” powiedział Alexander Raymond, współkierujący badaniami, wcześniej stypendysta podoktorski w Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian (CfA), a obecnie zatrudniony w Jet Propulsion Laboratory (obie instytucje w Stanach Zjednoczonych). „Na 0,87 mm nasze obrazy będą ostrzejsze i bardziej szczegółowe, co w efekcie pozwoli ukazać nowe własności, zarówno te, które wcześniej przewidziano, a być może też coś nowego.”

Aby udowodnić, że można uzyskać detekcje na 0,87 mm, projekt przeprowadził na tej długości fali testowe obserwacje odległych, jasnych galaktyk [2]. Zamiast korzystać z pełnej sieci EHT, użyto dwóch mniejszych podsieci, przy czym obie obejmowały ALMA i Atacama Pathfinder EXperiment (APEX) na pustyni Atakama w Chile. Europejskie Obserwatorium Południowe (ESO) jest partnerem ALMA oraz współzarządza APEX. Inne obserwatoria obejmowały 30-metrowy teleskop IRAM w Hiszpanii, NOrthern Extended Millimeter Array (NOEMA) we Francj, a także Greenland Telescope oraz Submillimeter Array na Hawajach.

W pilotażowym eksperymencie, projekt uzyskał obserwacje z dokładnością 19 mikrosekund. łuku, co oznacza, iż obserwowano z najlepszą rozdzielczością uzyskaną kiedykolwiek z powierzchni Ziemi. Na razie nie udało się uzyskać obrazów. Chociaż dokonano solidnych detekcji światła od kilku odległych galaktyk, to w użyciu nie było wystarczająco dużo anten, aby dokładnie zrekonstruować obraz z uzyskanych danych.

Ten test techniczny otworzył nowe okno dla badań czarnych dziur. Z pełną siecią EHT będzie widzieć szczegóły małe na 13 mikrosekund łuku, co odpowiada zobaczeniu z Ziemi zakrętki od butelki na Księżycu. Oznacza to, że na 0,87 mm będzie można uzyskiwać obrazy o rozdzielczości około 50% wyższej niż dotychczas opublikowane obrazy M87* i SgrA* na falach 1,3 mm. Co więcej, istnieje potencjał na obserwacje odleglejszych, mniejszych i słabszych czarnych dziur niż do tej pory.

Sheperd “Shep” Doeleman, EHT Founding Director, astrofizyk z CfA i współkierownik badań, mówi: “Spojrzenie na zmiany w otaczającym gazie na różnych długościach fali pozwoli nam na rozwiązanie zagadki, w jaki sposób czarne dziury przyciągają i akreują materię oraz w jaki sposób mogą wystrzeliwać potężne dżety, które rozciągają się na galaktyczne dystanse.”

Jest to pierwszy raz, gdy technika VLBI została z sukcesem użyta na długości fali 0,87 mm. O ile możliwości obserwowania nocnego nieba na tej długości fali istniały wcześniej, nowe detekcje w technice VLBI zawsze stanowiły wyzwane dla tego zakresu, co wymagało czasu i postępu technologicznego, aby je pokonać. Na przykład para wodna w atmosferze absorbuje fale o długości 0,87 mm znacznie bardziej niż na 1,3 mm, co znacznie utrudnia radioteleskopów otrzymywanie sygnałów na krótszych falach od czarnych dziur. W połączeniu z wzrastającymi turbulencjami atmosferycznymi i wzrostem szumu na krótszych falach, a także brakiem możliwości kontrolowania globalnych warunków pogodowych podczas obserwacji czułych na stan atmosfery, postęp w BLVI na krótszych falach – szczególnych tych, które przekraczają barierę w zakres submilimetrowy – był powolny. Ale dzięki nowym detekcjom zmieniło się to.

“Nowe detekcje VLBI na 0,87 mm są przełomowe, ponieważ otwierają nowe okno obserwacyjne dla badań supermasywnych czarnych dziur” wskazuje Thomas Krichbaum, współautor badań z Max Planck Institute for Radio Astronomy w Niemczech, instytucji, która kieruje APEX wspólnie z ESO. Naukowiec dodaje: „W przyszłości, połączenie teleskopów IRAM w Hiszpanii (IRAM-30m) i Francji (NOEMA) z ALMA i APEX pozwoli na uzyskiwanie obrazów jeszcze mniejszych i słabszych emisji, niże było to możliwe do tej pory, jednocześnie dla dwóch długości fali: 1,3 mm i 0,87 mm.

Uwagi

[1] Istnieją obserwacje astronomiczne z większą rozdzielczością, ale zostały uzyskane poprzez połączenie sygnałów od teleskopów naziemnych i teleskopu w kosmosie: https://www.mpifr-bonn.mpg.de/pressreleases/2022/2. Opublikowane dzisiaj nowe obserwacje mają największą rozdzielczością kiedykolwiek uzyskaną przy zastosowaniu wyłącznie teleskopów naziemnych.

[2] Aby sprawdzić swoje obserwacje, zespół EHT Collaboration skierował anteny na bardzo odległe galaktyki „aktywne”, zasilane przez supermasywne czarne dziury w swoich jądrach i bardzo jasne. Tego typu źródła pomagają kalibrować obserwacje przed kierowaniem EHT na słabsze źródła, takie jak pobliskie czarne dziury.

Więcej informacji

Wyniki badań EHT Collaboration zaprezentowano w artykule, którego autorami są A. W. Raymond et al.,. opublikowanym dzisiaj w The Astronomical Journal (doi: 10.3847/1538-3881/ad5bdb).

EHT Collaboration obejmuje ponad 400 naukowców z Afryki, Azji, Europy, Ameryki Południowej i Północnej, z których około 270 wniosło wkład w opisywaną publikację. Celem międzynarodowej współpracy jest uzyskanie najbardziej szczegółowych obrazów czarnej dziury kiedykolwiek otrzymanych, poprzez tworzenie wirtualnego teleskopu o rozmiarach Ziemi. Przy wsparciu znacznych wysiłków międzynarodowych, EHT łączy istniejące teleskopy przy pomocy nowatorskich technik – tworząc fundamentalnie nowy instrument, z największą kątowa zdolnością rozdzielczą kiedykolwiek osiągniętą.

Konsorcjum EHT obejmuje 13 instytutów: Academia Sinica Institute of Astronomy and Astrophysics, University of Arizona, Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian, University of Chicago, 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 oraz Radboud University. 

The Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), an international astronomy facility, is a partnership of ESO, the U.S. National Science Foundation (NSF) and the National Institutes of Natural Sciences (NINS) of Japan in cooperation with the Republic of Chile. ALMA is funded by ESO on behalf of its Member States, by NSF in cooperation with the National Research Council of Canada (NRC) and the National Science and Technology Council (NSTC) in Taiwan and by NINS in cooperation with the Academia Sinica (AS) in Taiwan and the Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI). ALMA construction and operations are led by ESO on behalf of its Member States; by the National Radio Astronomy Observatory (NRAO), managed by Associated Universities, Inc. (AUI), on behalf of North America; and by the National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ) on behalf of East Asia. The Joint ALMA Observatory (JAO) provides the unified leadership and management of the construction, commissioning and operation of ALMA. 

The Atacama Pathfinder EXperiment (APEX) is a 12-metre-diameter telescope, operating at millimetre and submillimetre wavelengths — between infrared light and radio waves. ESO operates APEX at one of the highest observatory sites on Earth, at an elevation of 5100 metres, high on the Chajnantor plateau in Chile’s Atacama region. APEX is a project of the Max Planck Institute for Radio Astronomy (MPIfR), hosted and operated by ESO on behalf of the MPIfR.

Europejskie Obserwatorium Południowe (ESO) umożliwia naukowcom z całego świata na odkrywanie tajemnic Wszechświata z korzyścią dla nas wszystkich. Projektujemy, budujemy i zarządzamy światowej klasy obserwatoriami naziemnymi – których astronomowie używają do odpowiadania na ciekawe pytania i szerzenia fascynacji astronomią – a także promujemy międzynarodową współpracę w astronomii. Ustanowione w 1962 roku jako organizacja międzynarodowa, ESO jest wspierane przez 16 krajów członkowskich (Austria, Belgia, Czechy, Dania, Finlandia, Francja, Hiszpania, Irlandia, Holandia, Niemcy, Polska, Portugalia, Szwajcaria, Szwecja, Wielka Brytania oraz Włochy), a także Chile jako kraj gospodarz, oraz Australię jako strategicznego partnera. Siedziba ESO, a także jego centrum popularyzacji nauki i planetarium (ESO Supernova) znajdują się w pobliżu Monachium w Niemczech, natomiast chilijska pustynia Atakama – niesamowite miejsce z wyjątkowymi warunkami do obserwacji nieba – jest domem dla naszych teleskopów. ESO zarządza trzema lokalizacjami obserwacyjnymi w Chile: La Silla, Paranal i Chajnantor. W Paranal ESO posiada teleskop VLT (Very Large Telescope – Bardzo Duży Teleskop) oraz dwa teleskopy do przeglądów nieba. VISTA pracuje w podczerwieni, VLT Survey Telescope w zakresie widzialnym. W Paranal ESO zarządza także południowym obserwatorium CTA (Cherenkov Telescope Array South) – największym na świecie i najbardziej czułym obserwatorium promieniowania gamma. Wspólnie z międzynarodowymi partnerami ESO zarządza także radioteleskopami APEX i ALMA, które są instrumentami do obserwacji nieba w zakresach milimetrowym i submilimetrowym. Na Cerro Armazones, niedaleko Paranal, budujemy „największe oko świata na niebo”, czyli Ekstremalnie Wielki Teleskop (Extremely Large Telescope, ELT). Nasza działalność w Chile jest zarządzania z biur ESO w Santiago, gdzie współpracujemy też z chilijskimi partnerami.    

Linki

• Publikacja naukowa
• Zdjęcia ALMA
• Dla dziennikarzy: zasubskrybuj, aby otrzymywać w swoim języku nasze komunikaty prasowe z embargo medialnym
• Dla naukowców: jeśli masz ciekawy temat, zgłoś swoje badania

Kontakt

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
Tel. kom.: +49 151 241 664 00
E-mail: press@eso.org

Krzysztof Czart (Kontakt dla mediów Polska)
Sieć Popularyzacji Nauki ESO oraz Urania - Postępy Astronomii
Toruń, Polska
Tel.: +48 513 733 282
E-mail: eson-poland@eso.org

Śledź ESO w mediach społecznościowych