Event Horizon Telescope -Event Horizon Telescope

Fra Wikipedia, den frie encyklopædi

Event Horizon Telescope
Event Horizon Telescope og Global mm-VLBI Array on the Earth.jpg
Event Horizon Telescope.svg
Alternative navne EHT Rediger dette på Wikidata
Internet side eventhorizontelescope .org Rediger dette på Wikidata
Teleskoper Atacama Large Millimeter Array
Atacama Pathfinder Experiment
Heinrich Hertz Submillimeter Telescope
IRAM 30m teleskop
James Clerk Maxwell Telescope
Large Millimeter Telescope
South Pole Telescope
Submillimeter Array Rediger dette på Wikidata
Relaterede medier på Wikimedia Commons

Event Horizon Telescope ( EHT ) er et stort teleskoparray bestående af et globalt netværk af radioteleskoper . EHT-projektet kombinerer data fra flere meget lang-baseline interferometri (VLBI) stationer rundt om Jorden, som danner et kombineret array med en vinkelopløsning, der er tilstrækkelig til at observere objekter på størrelse med et supermassivt sort huls begivenhedshorisont . Projektets observationsmål omfatter de to sorte huller med den største vinkeldiameter som observeret fra Jorden: det sorte hul i centrum af den supergigantiske elliptiske galakse Messier 87 (M87*, udtales "M87-Star") og Sagittarius A* (Sgr A*, udtales "Sagittarius A-Star") i midten af ​​Mælkevejen .

Event Horizon Telescope-projektet er et internationalt samarbejde, der blev lanceret i 2009 efter en lang periode med teoretisk og teknisk udvikling. På teorisiden udviklede arbejdet med fotonbanen og de første simuleringer af, hvordan et sort hul ville se ud, til forudsigelser af VLBI-billeddannelse for det sorte hul i Galaktisk Center, Sgr A*. Tekniske fremskridt inden for radioobservation bevægede sig fra den første detektering af Sgr A*, gennem VLBI ved progressivt kortere bølgelængder, hvilket i sidste ende førte til detektering af horisontskalastruktur i både Sgr A* og M87. Samarbejdet omfatter nu over 300 medlemmer, 60 institutioner, der arbejder i over 20 lande og regioner.

Det første billede af et sort hul, i centrum af galaksen Messier 87, blev offentliggjort af EHT Collaboration den 10. april 2019 i en serie på seks videnskabelige publikationer. Arrayet foretog denne observation ved en bølgelængde på 1,3 mm og med en teoretisk diffraktionsbegrænset opløsning25 mikrobuesekunder . I marts 2021 præsenterede Samarbejdet for første gang et polariseret-baseret billede af det sorte hul, som kan hjælpe bedre med at afsløre de kræfter, der giver anledning til kvasarer . Fremtidige planer involverer at forbedre arrayets opløsning ved at tilføje nye teleskoper og ved at tage kortere bølgelængdeobservationer. Den 12. maj 2022 afslørede astronomer det første billede af det supermassive sorte hul i centrum af Mælkevejen, Sagittarius A* .

Teleskop array

Et skematisk diagram af VLBI-mekanismen af ​​EHT. Hver antenne, spredt ud over store afstande, har et ekstremt præcist atomur . Analoge signaler opsamlet af antennen konverteres til digitale signaler og lagres på harddiske sammen med tidssignalerne fra atomuret. Harddiskene sendes derefter til et centralt sted for at blive synkroniseret. Et astronomisk observationsbillede opnås ved at behandle data indsamlet fra flere steder.
EHT-observationer under sin 2017 M87-multibølgelængdekampagne opdelt efter instrument fra lavere (EHT/ALMA/SMA) til højere (VERITAS) frekvens. (Fermi-LAT i kontinuerlig opmålingstilstand) (datoer også i ændrede julianske dage )
Blødt røntgenbillede af Skytten A* (midten) og to lysekkoer fra en nylig eksplosion (omkranset)

EHT er sammensat af mange radioobservatorier eller radioteleskopfaciliteter rundt om i verden, der arbejder sammen om at producere et højfølsomt teleskop med høj vinkelopløsning. Gennem teknikken med meget-lang-baseline interferometri (VLBI) kan mange uafhængige radioantenner adskilt af hundreder eller tusinder af kilometer fungere som et phased array, et virtuelt teleskop, som kan peges elektronisk med en effektiv blænde, som er diameteren på hele planeten, hvilket væsentligt forbedrer dens vinkelopløsning. Indsatsen omfatter udvikling og implementering af submillimeter dobbeltpolariseringsmodtagere, meget stabile frekvensstandarder for at muliggøre meget lang baseline interferometri ved 230-450 GHz, højere båndbredde VLBI backends og optagere, samt idriftsættelse af nye submillimeter VLBI sites.

Hvert år siden den første datafangst i 2006, er EHT-arrayet flyttet for at tilføje flere observatorier til sit globale netværk af radioteleskoper. Det første billede af Mælkevejens supermassive sorte hul, Sagittarius A*, forventedes at blive produceret ud fra data taget i april 2017, men fordi der ikke er nogen flyvninger ind eller ud af Sydpolen under den australske vinter (april til oktober), det fulde datasæt kunne først behandles i december 2017, hvor forsendelsen af ​​data fra South Pole Telescope ankom.

Data indsamlet på harddiske transporteres med kommercielle fragtfly (en såkaldt sneakernet ) fra de forskellige teleskoper til MIT Haystack Observatory og Max Planck Institute for Radio Astronomy, hvor dataene krydskorreleres og analyseres på en grid-computer lavet fra omkring 800 CPU'er alle forbundet via et 40 Gbit/s netværk.

På grund af COVID-19-pandemien, vejrmønstre og himmelmekanik blev 2020-observationskampagnen udskudt til marts 2021.

Messier 87*

En række billeder, der repræsenterer den opnåede forstørrelse (som om man forsøgte at se en tennisbold på månen). Starter i øverste venstre hjørne og bevæger sig mod uret for til sidst at slutte i øverste højre hjørne.
Billede af M87* genereret fra data indsamlet af Event Horizon Telescope
Et billede af M87* sort hul i polariseret lys

Event Horizon Telescope Collaboration annoncerede sine første resultater på seks samtidige pressekonferencer verden over den 10. april 2019. Annonceringen indeholdt det første direkte billede af et sort hul, som viste det supermassive sorte hul i midten af ​​Messier 87, betegnet M87*. De videnskabelige resultater blev præsenteret i en serie på seks artikler offentliggjort i The Astrophysical Journal Letters . Roterende sort hul i urets retning blev observeret i 6σ-området .

Billedet gav en test for Albert Einsteins generelle relativitetsteori under ekstreme forhold. Undersøgelser har tidligere testet generel relativitet ved at se på stjerners og gasskyers bevægelser nær kanten af ​​et sort hul. Et billede af et sort hul bringer imidlertid observationer endnu tættere på begivenhedshorisonten. Relativitet forudsiger et mørkt skyggelignende område, forårsaget af gravitationsbøjning og lysindfangning, som matcher det observerede billede. Det offentliggjorte papir siger: "Samlet set er det observerede billede i overensstemmelse med forventningerne til skyggen af ​​et roterende Kerr-sort hul som forudsagt af den generelle relativitetsteori." Paul TP Ho, EHT-bestyrelsesmedlem, sagde: "Når vi var sikre på, at vi havde afbildet skyggen, kunne vi sammenligne vores observationer med omfattende computermodeller, der inkluderer fysikken i forvrænget rum, overophedet stof og stærke magnetiske felter. Mange af funktionerne af det observerede billede matcher vores teoretiske forståelse overraskende godt."

Billedet gav også nye mål for massen og diameteren af ​​M87*. EHT målte det sorte huls masse til at være6,5 ± 0,7 milliarder solmasser og målte diameteren af ​​dens begivenhedshorisont til at være cirka 40 milliarder kilometer (270 AU; 0,0013 pc; 0,0042 ly), cirka 2,5 gange mindre end den skygge, den kaster, set i midten af ​​billedet. Tidligere observationer af M87 viste, at strålen i stor skala hælder i en vinkel på 17° i forhold til observatørens sigtelinje og orienteret på himlens plan i en positionsvinkel på -72°. Ud fra den forbedrede lysstyrke af den sydlige del af ringen på grund af relativistisk udstråling af nærmer sig tragtvægs jet-emission, konkluderede EHT, at det sorte hul, som forankrer jetstrålen, drejer med uret, set fra Jorden. EHT-simuleringer giver mulighed for både prograd og retrograd indre diskrotation i forhold til det sorte hul, mens de udelukker nul sorthulsspin ved brug af en konservativ minimum jeteffekt på 10 42 erg/s via Blandford-Znajek-processen .

At producere et billede fra data fra en række radioteleskoper kræver meget matematisk arbejde. Fire uafhængige teams lavede billeder for at vurdere pålideligheden af ​​resultaterne. Disse metoder omfattede både en etableret algoritme inden for radioastronomi til billedrekonstruktion kendt som CLEAN, opfundet af Jan Högbom, såvel som selvkalibrerende billedbehandlingsmetoder til astronomi såsom CHIRP-algoritmen skabt af Katherine Bouman og andre. Algoritmerne, der i sidste ende blev brugt, var en regularized maximum likelihood (RML) algoritme og CLEAN- algoritmen.

I marts 2020 foreslog astronomer en forbedret måde at se flere af ringene på det første sorte hul-billede. I marts 2021 blev et nyt foto afsløret, der viser, hvordan det sorte hul M87 ser ud i polariseret lys. Det er første gang, astronomer har været i stand til at måle polarisering så tæt på kanten af ​​et sort hul. Linjerne på fotoet markerer orienteringen af ​​polarisationen, som er relateret til magnetfeltet omkring skyggen af ​​det sorte hul.

3C 279

EHT-billede af den arketypiske blazar 3C 279, der viser en relativistisk stråle ned til AGN-kernen, der omgiver det supermassive sorte hul.

I april 2020 frigav EHT de første 20 mikrobuesekunders opløsningsbilleder af den arketypiske blazar 3C 279, den observerede i april 2017. Disse billeder, genereret fra observationer over 4 nætter i april 2017, afslører lyse komponenter af en jet, hvis projektion på observatørplanet udviser tilsyneladende superluminale bevægelser med hastigheder op til 20 c. En sådan tilsyneladende superluminal bevægelse fra relativistiske emittere, såsom en nærgående jet, forklares ved, at emission, der stammer tættere på observatøren (nedstrøms langs strålen), og indhenter emission, der stammer længere fra observatøren (ved jetbasen), når strålen forplanter sig tæt på hastigheden lys i små vinkler i forhold til sigtelinjen.

Centaurus A

Billede af Centaurus A, der viser dens sorte hul-stråle i forskellige skalaer

I juli 2021 blev billeder i høj opløsning af strålen produceret af sort hul, der sad i midten af ​​Centaurus A, frigivet. Med en masse omkring5,5 × 10 7 M , det sorte hul er ikke stort nok til at observere sin ring som med Messier M87*, men dens jetstråle strækker sig endda ud over sin værtsgalakse, mens den forbliver som en stærkt kollimeret stråle, hvilket er et studiepunkt. Kantbelysning af strålen blev også observeret, hvilket ville udelukke modeller af partikelacceleration, der ikke er i stand til at gengive denne effekt. Billedet var 16 gange skarpere end tidligere observationer og brugte en 1,3 mm bølgelængde.

Skytten A*

Skytten A*, sort hul i midten af ​​Mælkevejen

Den 12. maj 2022 afslørede EHT Collaboration et billede af Sagittarius A* , det supermassive sorte hul i centrum af Mælkevgalaksen . Det sorte hul er 27.000 lysår væk fra Jorden; den er tusindvis af gange mindre end M87*. Sera Markoff, medformand for EHT Science Council, sagde: "Vi har to helt forskellige typer galakser og to meget forskellige sorte hul-masser, men tæt på kanten af ​​disse sorte huller ser de utroligt ens ud. Dette fortæller os, at General Relativiteten styrer disse objekter tæt på, og enhver forskel, vi ser længere væk, må skyldes forskelle i materialet, der omgiver de sorte huller."

Samvirkende institutter

EHT-samarbejdet består af 13 interessentinstitutter:

Institutioner tilknyttet EHT omfatter:

Referencer

eksterne links