Сотрудничество «Телескоп горизонта событий» (EHT) провело первые измерения интерферометрии со сверхдлинной базой (VLBI) на частоте 345 ГГц от поверхности Земли. В новом эксперименте использовались две небольшие подрешетки EHT — состоящие из ALMA и Atacama Pathfinder EXperiment (APEX) в Чили, 30-метрового телескопа IRAM в Испании, Северной расширенной миллиметровой решетки (NOEMA) во Франции и субмиллиметровой решетки (SMA). ) на Мауна-Кеа на Гавайях и Гренландском телескопе – для проведения измерений с разрешением всего 19 микросекунд дуги. Фото предоставлено: CfA/SAO, Мел Вайс
Сотрудничество «Телескоп горизонта событий» (EHT) провело тестовые наблюдения, достигнув самого высокого разрешения, когда-либо достигнутого с поверхности Земли, путем обнаружения света из центров далеких галактик на частоте около 345 ГГц.
В сочетании с существующими изображениями сверхмассивных черных дыр в центре M87 и Sgr A на более низкой частоте 230 ГГц эти новые результаты не только обеспечивают на 50 процентов более четкие фотографии черных дыр, но также позволяют просматривать многоцветные изображения области непосредственно за их пределами. границы космических монстров.
Новые открытия под руководством ученых Центра астрофизики | Данные Гарвардского и Смитсоновского института (CfA), в состав которых входит Смитсоновская астрофизическая обсерватория (SAO), были опубликованы в Astronomical Journal.
«С помощью EHT мы увидели первые изображения черных дыр, обнаружив радиоволны на частоте 230 ГГц. Однако яркое кольцо, которое мы видели, образовавшееся в результате отклонения света под действием гравитации черной дыры, все еще выглядело размытым, потому что мы находились на абсолютной высоте. предел резкости, которого мы могли бы достичь на изображениях», — сказал Александр Рэймонд, который был соавтором исследования и ранее был научным сотрудником CfA, а сейчас работает в Лаборатории реактивного движения НАСА (NASA-JPL). «На частоте 345 ГГц наши изображения будут более четкими и детальными, что, в свою очередь, вероятно, откроет новые свойства, как предсказанные ранее, так и некоторые, которые, возможно, не были предсказаны».
Параллельно смоделированные изображения с M87* демонстрируют улучшение четкости и разрешения в диапазоне от 230 ГГц до 345 ГГц. Эти улучшения позволяют ученым более точно измерять размер и форму черных дыр. Фото предоставлены: EHT, Д. Пеше, А. Чел
EHT создает виртуальный телескоп размером с Землю, соединяя несколько радиотарелок по всему миру. Используется метод, называемый интерферометрией со сверхдлинной базой (VLBI). Чтобы получить изображения с более высоким разрешением, у астрономов есть два варианта: увеличить расстояние между радиоантеннами или вести наблюдения на более высокой частоте. Поскольку EHT уже был размером с нашу планету, его частотный диапазон пришлось расширить, чтобы повысить разрешение наземных наблюдений. Именно это сейчас и сделала коллаборация EHT.
«Чтобы понять, почему это прорыв, нужно принять во внимание дополнительный уровень детализации, который вы получаете при переходе от черно-белых фотографий к цветным», — сказал Шеперд «Шеп» Долеман, астрофизик CfA и SAO и директор-основатель EHT и соавтор исследования. «Это новое «цветное зрение» позволяет нам отделить эффекты гравитации Эйнштейна от горячего газа и магнитных полей, которые питают черные дыры и запускают мощные струи, летящие через галактические расстояния».
Призма разделяет белый свет на радугу цветов, поскольку свет разной длины волны проходит через стекло с разной скоростью. Однако, поскольку гравитация изгибает весь свет одинаковым образом, Эйнштейн предсказывает, что размер колец, наблюдаемых с помощью EHT, должен быть одинаковым на частотах 230 ГГц и 345 ГГц, в то время как горячий газ, кружащийся вокруг черных дыр, должен быть разным на этих двух частотах. будет выглядеть.
На этом составном смоделированном изображении показана M87*, видимая телескопом Event Horizon на частотах 86 ГГц (красный), 230 ГГц (зеленый) и 345 ГГц (синий). Чем выше частота, тем четче становится изображение, раскрывая структуры, размеры и формы, которые раньше были менее узнаваемы. Фото предоставлены: EHT, Д. Пеше, А. Чел
Впервые технология РСДБ успешно применяется на частоте 345 ГГц. Хотя раньше было возможно наблюдать ночное небо с помощью отдельных телескопов на частоте 345 ГГц, применение технологии VLBI на этой частоте уже давно связано с проблемами, для решения которых требовалось время и технологические достижения.
Водяной пар в атмосфере поглощает волны на частоте 345 ГГц гораздо сильнее, чем на частоте 230 ГГц, ослабляя сигналы от черных дыр на более высокой частоте. Ключевым моментом было повышение чувствительности EHT, чего исследователи добились за счет увеличения полосы пропускания инструментов и ожидания хорошей погоды во всех местах.
В новом эксперименте использовались две небольшие подрешетки EHT — большая Атакамская большая миллиметровая/субмиллиметровая решетка (ALMA) и Атакамский эксперимент Pathfinder Experiment (APEX) в Чили, 30-метровый телескоп IRAM в Испании и Северная расширенная миллиметровая решетка (NOEMA). ) во Франции, Субмиллиметровая решётка (SMA) на Мауна-Кеа на Гавайях и Гренландский телескоп – для проведения измерений с разрешением всего 19 микросекунд дуги.
«Самые мощные наблюдательные площадки Земли находятся на больших высотах, где прозрачность и стабильность атмосферы оптимальны, но погода может быть более драматичной», — сказал Нимеш Патель, астрофизик из CfA и SAO и инженер проекта из SMA. Он добавил, что новые наблюдения на SMA потребовали преодоления обледенелых дорог Мауна-Кеа, чтобы открыть объект при стабильной погоде всего за несколько минут до начала метели.
«Используя системы с высокой пропускной способностью, которые обрабатывают и захватывают большие части радиоспектра, мы начинаем преодолевать фундаментальные проблемы чувствительности, такие как погодные условия. Как показывают новые открытия, сейчас самое подходящее время для перехода на частоту 345 ГГц», — добавил Патель. .
Слева на этом составном смоделированном изображении показана M87*, видимая телескопом Event Horizon на частотах 86 ГГц (красный), 230 ГГц (зеленый) и 345 ГГц (синий). Справа — темно-синий цвет 345 ГГц, более компактный и четкий вид сверхмассивных черных дыр, за ним следует зеленый цвет 230 ГГц и красный цвет 86 ГГц. Чем выше частота, тем четче становится изображение, раскрывая структуру, размер и структуру. форма раньше была менее заметной. Фото предоставлены: EHT, Д. Пеше, А. Чел
Это достижение также является еще одной вехой на пути создания высокоточных фильмов о среде горизонта событий вокруг черных дыр на основе обновлений существующего глобального массива. Предлагаемый проект Next Generation EHT (ngEHT) добавит к EHT новые антенны в оптимизированных географических местах и улучшит существующие станции путем модернизации их всех для одновременной работы на нескольких частотах от 100 ГГц до 345 ГГц.
Ожидается, что в результате этих и других улучшений глобальный массив увеличит количество четких и четких данных, доступных EHT для визуализации, в 10 раз. Это позволит ученым не только создавать более детальные и чувствительные изображения, но и снимать фильмы с участием этих жестоких космических зверей.
«Успешное наблюдение EHT на частоте 345 ГГц является важной научной вехой», — сказала Лиза Кьюли, директор CfA и SAO. «Расширяя границы разрешения, мы достигаем беспрецедентной четкости изображений черных дыр, которую мы обещали вначале, и устанавливаем новые и более высокие стандарты для проведения наземных астрофизических исследований».
Информация от: Центром астрофизики | Гарвард и Смитсоновский институт
