Pressmeddelande

EHT-forskare gör de hittills mest högupplösta observationerna från jordens yta

27 augusti 2024, Skurup

Event Horizon Telescope (EHT) Collaboration har genomfört testobservationer med hjälp av Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) och andra anläggningar som uppnådde den högsta upplösningen som någonsin erhållits från jordens yta [1]. De lyckades med detta genom att detektera ljus från avlägsna galaxer med en frekvens på cirka 345 GHz, vilket motsvarar en våglängd av 0,87 mm. Kollaborationen uppskattar att de i framtiden kommer att kunna ta bilder av svarta hål som är 50 % mer detaljerade än vad som var möjligt tidigare, vilket gör att regionen precis utanför närliggande supermassiva svarta hål i skarpare fokus. De kommer också att kunna avbilda fler svarta hål än vad som har varit möjligt hittills. De nya resultaten är en del av ett pilotexperiment och publicerades i dag i The Astronomical Journal.

EHT Collaboration släppte 2019 bilder av M87*, det supermassiva svarta hålet i mitten av galaxen M87, och 2022 bilder av Sgr A*, det svarta hålet i centrum av vår egen galax Vintergatan. Dessa bilder togs genom att länka samman flera radioobservatorier över hela jorden med hjälp av en teknik som kallas Very Long Baseline Interferometry (VLBI, långbasinterferometri), för att bilda ett enda virtuellt teleskop av jordens storlek.

För att erhålla bilder med högre upplösning förlitar sig astronomer vanligtvis på större teleskop eller en större separation mellan de observatorier som ingår i interferometern. Men eftersom EHT redan var lika stor som jorden krävdes en annan strategi att öka upplösningen hos observationerna. Ett alternativt sätt att göra detta är att observera ljus med kortare våglängd – vilket är vad EHT-samarbetet nu har gjort.

"Med EHT såg vi de första bilderna av svarta hål med observationer vid 1,3 mm våglängd. Den ljusa ringen runt det svarta hålet, som bildas av ljus som kröks av dess starka gravitation, såg dock fortfarande suddig ut eftersom upplösningen var vid den absoluta gränsen som var möjlig med utrustningen”, sa forskargruppens ledare Alexander Raymond vid Jet Propulsion Laboratory och tidigare postdoktor vid Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian (CfA), båda i USA. "Vid 0,87 mm våglängd kommer våra bilder att vara skarpare och mer detaljerade, vilket i sin tur sannolikt kommer att avslöja nya egenskaper, både de som tidigare förutspåtts och kanske några som är oväntade."

För att demonstrera förmågan att göra detektioner vid 0,87 mm genomförde EHT-kollaborationen testobservationer av avlägsna, ljusa galaxer vid denna våglängd [2]. Istället för att använda hela EHT-nätverket användes två mindre nätverk som inkluderade ALMA och Atacama Pathfinder EXperiment (APEX) i Atacamaöknen i Chile. European Southern Observatory (ESO) är partner i ALMA och värd och samarbetspartner för APEX. Andra anläggningar som användes inkluderar 30-meters IRAM-teleskopet i Spanien och NORthern Extended Millimeter Array (NOEMA) i Frankrike, samt Greenland Telescope och Submillimeter Array i Hawaiʻi.

I detta pilotexperiment uppnådde kollaborationen observationer med detaljer så fina som 19 mikrobågsekunder, vilket är den högsta upplösningen som någonsin gjorts från jordens yta. De har dock inte sett sina bilder ännu - även om  robusta detektioner av ljus gjordes från flera avlägsna galaxer användes inte tillräckligt många antenner för att kunna rekonstruera en bild från data på ett exakt sätt.

Detta tekniska test har öppnat ett nytt fönster för att studera svarta hål. Med hela EHT-nätverket kunde EHT se detaljer så små som 13 mikrobågsekunder, vilket motsvarar ett kapsyl på månens yta sedd från jorden. Det betyder att bilderna vid 0,87 mm kommer att ha en upplösning som är cirka 50 % högre än den för tidigare M87*- och SgrA*-bilderna gjorda vid 1,3 mm våglängd. Dessutom finns det potential att observera mer avlägsna, mindre och svagare svarta hål än de två som EHT-kollaborationen har avbildat hittills.

EHT:s grundare Sheperd "Shep" Doeleman, astrofysiker vid CfA och forskningsledare för denna studie, menar: "Att titta på förändringar i den omgivande gasen vid olika våglängder kommer att hjälpa oss att lösa mysteriet om hur svarta hål attraherar och samlar materia, och hur de kan sända ut kraftfulla jetstrålar över galaktiska avstånd.”

Detta är första gången som VLBI-tekniken framgångsrikt har använts vid våglängden 0,87 mm. Även om förmågan att observera natthimlen vid 0,87 mm fanns före de nya upptäckterna, har användningen av VLBI-tekniken vid denna våglängd alltid inneburit utmaningar som har tagit tid och tekniska framsteg att övervinna. Exempelvis absorberar vattenånga i atmosfären vågor vid 0,87 mm mycket mer effektivt än vid 1,3 mm, vilket gör det svårare för radioteleskop att ta emot signaler vid kortare våglängder. I kombination med kraftigare atmosfärisk turbulens och brus vid kortare våglängder och en oförmåga att kontrollera globala väderförhållanden under atmosfäriskt känsliga observationer, har vägen till kortare våglängder för VLBI – särskilt de som passerar gränsen till submillimeterregimen – varit långsam. Men med dessa nya resultat har allt förändrats.

"Dessa signaldetekteringar med VLBI vid 0,87 mm är banbrytande eftersom de öppnar ett nytt observationsfönster för studier av supermassiva svarta hål", säger Thomas Krichbaum, medförfattare till studien vid Max Planck Institute for Radio Astronomy i Tyskland, en institution som driver APEX-teleskopet tillsammans med ESO. "I framtiden kommer kombinationen av IRAM-teleskopen i Spanien (IRAM-30m) och Frankrike (NOEMA) med ALMA och APEX att möjliggöra avbildning av ännu svagare emission än vad som hittills varit möjligt vid två våglängder, 1,3 mm och 0,87 mm, och detta kommer kunna göras samtidigt.", tillägger han.

Noter

[1] Astronomiska observationer med högre upplösning har gjorts, men dessa erhölls genom att kombinera signaler från teleskop på marken med ett teleskop i rymden: https://www.mpifr-bonn.mpg.de/pressreleases/2022/2. De nya observationerna som släpps i dag har den högsta upplösningen som någonsin uppnåtts med endast markbaserade teleskop.

[2] För att testa sina observationer riktade EHT-kollaborationen antennerna mot mycket avlägsna "aktiva" galaxer, som drivs av supermassiva svarta hål i sina kärnor och är mycket ljusstarka. Dessa typer av källor bidrar till att kalibrera observationerna innan EHT observerar svagare källor, som närliggande svarta hål.

Mer information

Forskningsresultaten från EHT-konsortiet presenteras i dag i en artikel av A. W. Raymond et al. i tidskriften The Astronomical Journal (doi: 10.3847/1538-3881/ad5bdb).

EHT-konsortiet omfattar över 400 forskare i Afrika, Asien, Europa samt Nord- och Sydamerika. Detta internationella samarbete syftar till att ta de mest detaljerade bilderna någonsin av svarta hål genom att skapa ett virtuellt radioteleskop lika stort som jorden. Tack vare avsevärda internationella bidrag  länkar EHT samman enskilda teleskop för att uppnå en tidigare ouppnådd vinkelupplösning. 

I EHT-konsortiet ingår 13 institut: Academia Sinica Institute of Astronomy and Astrophysics, University of Arizona, the Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian, University of Chicago, East Asian Observatory, Goethe-Universitaet 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 och Radboud University. 

Atacama Pathfinder EXperiment (APEX) är ett 12-metersteleskop som arbetar i millimeter- och submillimetervåglängder, mellan infrarött ljus och radiovågor. ESO driver APEX vid en av de högsta observatorieplatserna på jorden, Chajnantor-platån i Atacama-regionen i Chile, på en höjd av 5100 meter. APEX är ett projekt vid Max Planck Institute for Radio Astronomy (MPIfR) som drivs av ESO på uppdrag av MPIfR.

Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) är en internationell astronomisk anläggning som drivs i partnerskap mellan ESO, National Science Foundation (NSF, USA) och National Institutes of Natural Sciences (NINS, Japan), tillsammans med Chile. ALMA finansieras av ESO genom dess medlemsstater, av NSF i samarbete med National Research Council of Canada (NRC) och National Science and Technology Council (NSTC) i Taiwan, och av NINS i samarbete med Academia Sinica (AS) i Taiwan och Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI). Konstruktionen och driften av ALMA leds av ESO för dess medlemsstater, av National Radio Astronomy Observatory (NRAO) genom Associated Universities, Inc. (AUI) för Nordamerika, och av National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ) för Östasien. Joint ALMA Observatory (JAO) står för övergripande ledning och organisation under konstruktionen, driftsättningen och driften av ALMA.

Europeiska sydobservatoriet (ESO) möjliggör för astronomer världen över att utforska universums mysterier. Vi designar, konstruerar och driver markbaserade observatorier av yppersta världsklass – som astronomer använder för att besvara spännande och utmanande frågor och för att sprida astronomisk kunskap – och driver internationella samarbeten inom astronomin. ESO startade som en mellanstatlig organisation 1962 och har i dag 16 medlemsländer (Belgien, Danmark, Finland, Frankrike, Irland, Italien, Nederländerna, Polen, Portugal, Schweiz, Spanien, Storbritannien, Sverige, Tjeckien, Tyskland och Österrike), tillsammans med Chile som värdland och Australien som en strategisk partner. ESO:s högkvarter och besökscenter med planetarium, ESO Supernova, ligger nära München i Tyskland, medan teleskopen är placerade i Atacamaöknen i Chile, en unik plats för astronomiska observationer. ESO driver tre observatorier i Chile: La Silla, Paranal och Chajnantor. Vid Paranal finns Very Large Telescope och Very Large Telescope Interferometer, liksom kartläggningsteleskop som VISTA. Vid Paranal kommer även ESO att placera och driva Cherenkov Telescope Array South, världens största och känsligaste gammastrålningsteleskop. Tillsammans med internationella partners driver ESO de två anläggningarna APEX och ALMA på Chajnantorplatån som observerar himlen i millimeter- och submillimetervåglängder. Vid Cerro Armazones, nära Paranal, bygger vi för närvarande ESO:s Extremely Large Telescope, ”världens största öga mot himlen”. Från kontoret i Santiago, Chile, stödjer vi verksamheten i landet och samverkar med det chilenska samhället och våra samarbetspartners.

Länkar

• Forskningsartikel
• Foton på ALMA
• För journalister: Prenumerera på pressmeddelanden under embargo på svenska
• För astronomer: Berätta om din forskning!

 

Kontakter

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

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

Johan Warell (Presskontakt för Sverige)
ESO:s nätverk för vetenskaplig kommunikation
Skurup, Sverige
Tel: +46-706-494731
E-post: eson-sweden@eso.org

Connect with ESO on social media

Detta är den översatta versionen av ESO:s pressmeddelande eso2411 som har tagits fram inom ESON, ett nätverk av medarbetare i ESO:s medlemsländer. ESON-representanterna fungerar som lokala kontaktpersoner för media i samband med ESO:s pressmeddelanden och andra händelser. ESON:s kontaktperson i Sverige är Johan Warell.