eso2411 — Tlačová správa 
Vedci z EHT dosiahli najvyššie rozlíšenie pri pozorovaní z povrchu Zeme
27. august 2024
Kolaborácia Event Horizon Telescope (EHT) vykonala testovacie pozorovania pomocou Atacama Large Millimeter/submilimeter Array (ALMA) a ďalších zariadení, pri ktorých bolo dosiahnuté doteraz najvyššie rozlíšenie z povrchu Zeme [1]. Tento výkon sa im podaril detekciou svetla zo vzdialených galaxií s frekvenciou okolo 345 GHz, čo zodpovedá vlnovej dĺžke 0,87 mm. Kolaborácia odhaduje, že v budúcnosti budú schopní nasnímať čierne diery o 50 % detailnejšie ako doteraz, a zamerať sa tak na oblasť bezprostredne za hranicou blízkych supermasívnych čiernych dier. Budú tiež schopní zobraziť viac čiernych dier ako doteraz. Nové detekcie, ktoré sú súčasťou pilotného experimentu, boli dnes zverejnené v časopise The Astronomical Journal.
Kolaborácia EHT zverejnila v roku 2019 snímky M87*, supermasívnej čiernej diery v strede galaxie M87, a v roku 2022 snímky Sgr A*, čiernej diery v srdci našej galaxie Mliečnej dráhy. Tieto snímky boli získané prepojením viacerých rádiových observatórií po celej planéte pomocou techniky nazývanej interferometria s veľmi dlhou základňou (VLBI), aby sa vytvoril jediný virtuálny teleskop „o veľkosti Zeme“.
Na dosiahnutie najvyššieho rozlíšenia astronómovia obvykle využívajú väčšie teleskopy – alebo väčšiu vzdialenosť medzi observatóriami pracujúcimi ako súčasť interferometra. Keďže virtuálny ďalekohľad EHT už však dosiahol veľkosť Zeme, ďalšie zvýšenie rozlíšenia si žiadalo iný prístup. Dosiahli to tým, že kolaborácia začala pozorovať svetlo s kratšou vlnovou dĺžkou.
„S EHT sme videli prvé snímky čiernych dier na vlnovej dĺžke 1,3 mm, ale jasný prstenec, ktorý vzniká ohybom svetla gravitačným pôsobením čiernej diery, bol rozmazaný, pretože sme ho pozorovali na absolútnej hranici ostrosti,“ hovorí jeden z autorov štúdie Alexander Raymond , ktorý predtým pôsobil ako postdoktorand v Centre pre astrofyziku | Harvard & Smithsonian (CfA) a teraz v Jet Propulsion Laboratory, oboje v Spojených štátoch. „Na vlnovej dĺžke 0,87 mm budú naše snímky ostrejšie a detailnejšie, čo iste odhalí rad nových vlastností – tých predpovedaných, ale možno aj tých nepredpovedaných.“
Kolaborácia vykonala na vlnovej dĺžke 0,87 mm testovacie pozorovanie vzdialených jasných galaxií, aby preukázala, že ich na nej dokáže pozorovať [2]. Namiesto celej sústavy EHT vedci využili dve menšie čiastkové sústavy, z ktorých obe zahŕňali ALMA a Atacama Pathfinder EXperiment (APEX) v púšti Atacama v Čile. Európske južné observatórium (ESO) je zapojené do oboch týchto observatórií – v ALMA je partnerom a APEX spoluprevádzkuje. Do pozorovania boli ďalej zapojené 30-metrový teleskop IRAM v Španielsku a NOrthern Extended Millimeter Array (NOEMA) vo Francúzsku, rovnako ako Grónsky teleskop a Submillimeter Array na Havaji.
V rámci tohto pilotného experimentu dosiahla kolaborácia pozorovania s rozlíšením až 19 mikroarsekekund, historicky najvyššieho rozlíšenia z povrchu Zeme. Zatiaľ sa však nepodarilo získať snímky: hoci bolo detekované svetlo z niekoľkých vzdialených galaxií, počet antén nebol dostatočný na rekonštrukciu obrazu.
Tento technický test otvoril nové okno na štúdium čiernych dier. S plnou sústavou by EHT mohol pozorovať detaily o veľkosti iba 13 mikroarsekekund, čo zodpovedá pozorovaniu viečka od fľaše na povrchu Mesiaca zo Zeme. Na vlnovej dĺžke 0,87 mm môžu získať astronómovia snímky s rozlíšením približne o 50 % vyšším ako predtým zverejnené snímky M87* a SgrA*. Navyše je tu potenciál na pozorovanie vzdialenejších, menších a slabších čiernych dier, ktoré doteraz boli pozorované.
Zakladajúci riaditeľ kolaborácie EHT Sheperd „Shep“ Doeleman, astrofyzik z CfA a spoluvedúci štúdie, hovorí: „Sledovanie zmien v okolitom plyne na rôznych vlnových dĺžkach nám pomôže vyriešiť záhadu, ako čierne diery priťahujú a akretujú hmotu a ako vznikajú silné výtrysky, ktoré z nich prúdia a dosahujú galaktické vzdialenosti.“
Týmto testom bola prvýkrát úspešne použitá technika VLBI na vlnovej dĺžke 0,87 mm. Samotné pozorovanie na vlnovej dĺžke 0,87 mm už existovalo pred novými detekciami a použitie techniky VLBI na tejto vlnovej dĺžke predstavovalo výzvu, ktorej prekonanie vyžadovalo čas a technologický pokrok. Napríklad vodná para v atmosfére pohlcuje žiarenie na vlnovej dĺžke 0,87 mm oveľa viac ako na 1,3 mm, čo sťažuje rádioteleskopom prijímať signály z čiernych dier pri kratšej vlnovej dĺžke. V kombinácii so stále výraznejšími atmosférickými turbulenciami, nárastom šumu na kratších vlnových dĺžkach a nestálosti globálnych poveternostných podmienok počas pozorovania citlivých na atmosféru je pokrok v oblasti kratších vlnových dĺžok pre VLBI – najmä tých, ktoré prekračujú bariéru do submilimetrového režimu. S týmito novými detekciami sa to však zmenilo.
„Tieto pozorovania na vlnovej dĺžke 0,87 mm sú prelomové, pretože otvárajú nové pozorovacie okno pre štúdium supermasívnych čiernych dier,“ uvádza Thomas Krichbaum, spoluautor štúdie z nemeckého Inštitútu Maxa Plancka pre rádioastronómiu, inštitúcia, ktorá prevádzkuje teleskop APEX spoločne s ESO. A dodáva: „V budúcnosti umožní kombinácia ďalekohľadov IRAM v Španielsku a NOEMA vo Francúzsku s ďalekohľadmi ALMA a APEX zobraziť ešte menšie a slabšie žiarenie, než bolo doteraz možné, a to na dvoch vlnových dĺžkach – 1,3 mm a 0,87 mm- súčasne.“
Poznámky
[1] Existujú astronomické pozorovania s vyšším rozlíšením, ale tie boli získané kombináciou signálov z pozemných teleskopov s teleskopom vo vesmíre: https://www.mpifr-bonn.mpg.de/pressreleases/2022/2. Dnes zverejnené nové pozorovania sú pozorovaniami s najvyšším rozlíšením, ktoré kedy boli získané iba pomocou pozemných ďalekohľadov.
[2] Pre testovanie svojich pozorovaní namierila kolaborácia EHT antény na veľmi vzdialené „aktívne“ galaxie, ktoré sú poháňané supermasívnymi čiernymi dierami vo svojich jadrách a sú veľmi jasné. Tieto typy zdrojov pomáhajú kalibrovať pozorovania predtým, ako sa EHT zameria na slabšie zdroje, ako sú blízke čierne diery.
[3] Prístroj GRAVITY na veľmi veľkom teleskopickom interferometri ESO tiež získal mimoriadne podrobné pozorovania Sgr A*, pričom určil aj presnú polohu čiernej diery a materiálu, ktorý okolo nej obieha, s presnosťou niekoľkých desatín mikrooblúkových sekúnd.
——————–
More information
This EHT Collaboration research was presented in a paper by A. W. Raymond et al. published today in The Astronomical Journal (doi: 10.3847/1538-3881/ad5bdb).
The EHT Collaboration involves more than 400 researchers from Africa, Asia, Europe, North and South America, with around 270 participating in this paper. The international collaboration aims to capture the most detailed black hole images ever obtained by creating a virtual Earth-sized telescope. Supported by considerable international efforts, the EHT links existing telescopes using novel techniques — creating a fundamentally new instrument with the highest angular resolving power that has yet been achieved.
The EHT consortium consists of 13 stakeholder institutes; 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, and 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 Ministry of Science and Technology (MOST) 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.
The European Southern Observatory (ESO) enables scientists worldwide to discover the secrets of the Universe for the benefit of all. We design, build and operate world-class observatories on the ground — which astronomers use to tackle exciting questions and spread the fascination of astronomy — and promote international collaboration for astronomy. Established as an intergovernmental organisation in 1962, today ESO is supported by 16 Member States (Austria, Belgium, Czechia, Denmark, France, Finland, Germany, Ireland, Italy, the Netherlands, Poland, Portugal, Spain, Sweden, Switzerland and the United Kingdom), along with the host state of Chile and with Australia as a Strategic Partner. ESO’s headquarters and its visitor centre and planetarium, the ESO Supernova, are located close to Munich in Germany, while the Chilean Atacama Desert, a marvellous place with unique conditions to observe the sky, hosts our telescopes. ESO operates three observing sites: La Silla, Paranal and Chajnantor. At Paranal, ESO operates the Very Large Telescope and its Very Large Telescope Interferometer, as well as survey telescopes such as VISTA. Also at Paranal ESO will host and operate the Cherenkov Telescope Array South, the world’s largest and most sensitive gamma-ray observatory. Together with international partners, ESO operates ALMA on Chajnantor, a facility that observes the skies in the millimetre and submillimetre range. At Cerro Armazones, near Paranal, we are building “the world’s biggest eye on the sky” — ESO’s Extremely Large Telescope. From our offices in Santiago, Chile we support our operations in the country and engage with Chilean partners and society.
Contacts
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
Cell: +49 151 241 664 00
Email: press@eso.org
——————–
Pôvodný článok: https://www.eso.org/public/news/eso2411/
ESO*lar