Event-Horizon-Teleskop -Event Horizon Telescope

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Event-Horizon-Teleskop
Das Event Horizon Telescope und das globale mm-VLBI-Array auf der Erde.jpg
Event Horizon Telescope.svg
Alternative Namen EHT Bearbeiten Sie dies auf Wikidata
Webseite eventhorizontelescope .org Bearbeiten Sie dies bei Wikidata
Teleskope 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 Bearbeiten Sie dies auf Wikidata
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Das Event Horizon Telescope ( EHT ) ist eine große Teleskopanordnung, die aus einem globalen Netzwerk von Radioteleskopen besteht . Das EHT-Projekt kombiniert Daten von mehreren VLBI-Stationen ( Very-Long-Baseline Interferometry ) auf der ganzen Erde, die ein kombiniertes Array mit einer Winkelauflösung bilden, die ausreicht, um Objekte von der Größe des Ereignishorizonts eines supermassiven Schwarzen Lochs zu beobachten . Zu den Beobachtungszielen des Projekts gehören die beiden Schwarzen Löcher mit dem größten Winkeldurchmesser, wie sie von der Erde aus beobachtet werden: das Schwarze Loch im Zentrum der überriesigen elliptischen Galaxie Messier 87 (M87*, ausgesprochen „M87-Star“) und Sagittarius A* (Sgr A*, ausgesprochen „Sagittarius A-Star“) im Zentrum der Milchstraße .

Das Projekt Event Horizon Telescope ist eine internationale Zusammenarbeit, die 2009 nach einer langen Zeit theoretischer und technischer Entwicklungen gestartet wurde. Auf der theoretischen Seite führten die Arbeiten an der Photonenbahn und ersten Simulationen, wie ein Schwarzes Loch aussehen würde, zu Vorhersagen der VLBI-Bildgebung für das Schwarze Loch im Galaktischen Zentrum, Sgr A*. Technische Fortschritte in der Funkbeobachtung bewegten sich von der ersten Entdeckung von Sgr A* über VLBI bei immer kürzeren Wellenlängen und führten schließlich zur Entdeckung der Horizontschuppenstruktur sowohl in Sgr A* als auch in M87. Die Zusammenarbeit umfasst jetzt über 300 Mitglieder, 60 Institutionen, die in über 20 Ländern und Regionen tätig sind.

Das erste Bild eines Schwarzen Lochs im Zentrum der Galaxie Messier 87 wurde von der EHT Collaboration am 10. April 2019 in einer Reihe von sechs wissenschaftlichen Veröffentlichungen veröffentlicht. Das Array machte diese Beobachtung bei einer Wellenlänge von 1,3 mm und mit einer theoretischen beugungsbegrenzten Auflösung von 25 Mikrobogensekunden . Im März 2021 präsentierte die Collaboration zum ersten Mal ein polarisiertes Bild des Schwarzen Lochs, das dazu beitragen könnte, die Kräfte, die Quasare entstehen, besser aufzudecken . Zukünftige Pläne umfassen die Verbesserung der Auflösung des Arrays durch Hinzufügen neuer Teleskope und durch Beobachtungen bei kürzeren Wellenlängen. Am 12. Mai 2022 enthüllten Astronomen das erste Bild des supermassereichen Schwarzen Lochs Sagittarius A* im Zentrum der Milchstraße .

Teleskop-Array

Ein schematisches Diagramm des VLBI-Mechanismus von EHT. Jede Antenne, die über große Entfernungen verteilt ist, verfügt über eine äußerst präzise Atomuhr . Von der Antenne gesammelte analoge Signale werden in digitale Signale umgewandelt und zusammen mit den von der Atomuhr gelieferten Zeitsignalen auf Festplatten gespeichert. Die Festplatten werden dann zur Synchronisierung an einen zentralen Ort geliefert. Ein astronomisches Beobachtungsbild wird durch Verarbeitung der von mehreren Orten gesammelten Daten erhalten.
EHT-Beobachtungen während der M87-Multiwellenlängenkampagne 2017, zerlegt nach Instrumenten von niedrigerer (EHT/ALMA/SMA) zu höherer (VERITAS) Frequenz. (Fermi-LAT im kontinuierlichen Vermessungsmodus) (Daten auch in modifizierten Julianischen Tagen )
Weiches Röntgenbild von Sagittarius A* (Mitte) und zwei Lichtechos einer kürzlichen Explosion (eingekreist)

Das EHT besteht aus vielen Radioobservatorien oder Radioteleskopeinrichtungen auf der ganzen Welt, die zusammenarbeiten, um ein hochempfindliches Teleskop mit hoher Winkelauflösung herzustellen. Durch die Technik der Very-Long-Baseline-Interferometrie (VLBI) können viele unabhängige Funkantennen, die Hunderte oder Tausende von Kilometern voneinander entfernt sind, als Phased Array fungieren, ein virtuelles Teleskop, das elektronisch ausgerichtet werden kann, mit einer effektiven Öffnung, die den Durchmesser von hat des gesamten Planeten, wodurch seine Winkelauflösung erheblich verbessert wird. Die Bemühungen umfassen die Entwicklung und den Einsatz von Submillimeter -Dual- Polarisationsempfängern, hochstabilen Frequenzstandards zur Ermöglichung einer Interferometrie mit sehr langer Basislinie bei 230–450 GHz, VLBI-Backends und -Rekorder mit höherer Bandbreite sowie die Inbetriebnahme neuer Submillimeter-VLBI-Standorte.

Seit seiner ersten Datenerfassung im Jahr 2006 hat sich das EHT-Array jedes Jahr bewegt, um seinem globalen Netzwerk von Radioteleskopen weitere Observatorien hinzuzufügen. Das erste Bild des supermassiven Schwarzen Lochs der Milchstraße, Sagittarius A*, sollte aus Daten vom April 2017 erstellt werden, aber da es im südlichen Winter (April bis Oktober) keine Flüge in den oder aus dem Südpol gibt, ist dies der Fall Der vollständige Datensatz konnte erst im Dezember 2017 verarbeitet werden, als die Datenlieferung des Südpolteleskops eintraf.

Auf Festplatten gesammelte Daten werden von kommerziellen Frachtflugzeugen (ein sogenanntes Sneakernet ) von den verschiedenen Teleskopen zum MIT Haystack Observatory und zum Max-Planck-Institut für Radioastronomie transportiert, wo die Daten kreuzkorreliert und auf einem Grid- Computer analysiert werden von etwa 800 CPUs, die alle über ein 40-Gbit/s -Netzwerk verbunden sind.

Aufgrund der COVID-19-Pandemie, der Wettermuster und der Himmelsmechanik wurde die Beobachtungskampagne 2020 auf März 2021 verschoben.

Messier 87*

Eine Reihe von Bildern, die die erreichte Vergrößerung darstellen (als würde man versuchen, einen Tennisball auf dem Mond zu sehen). Beginnt in der oberen linken Ecke und bewegt sich gegen den Uhrzeigersinn, um schließlich in der oberen rechten Ecke zu enden.
Bild von M87*, generiert aus Daten, die vom Event Horizon Telescope gesammelt wurden
Ein Blick auf das Schwarze Loch M87* in polarisiertem Licht

Die Event Horizon Telescope Collaboration gab am 10. April 2019 ihre ersten Ergebnisse in sechs gleichzeitigen Pressekonferenzen weltweit bekannt. Die Ankündigung enthielt das erste direkte Bild eines Schwarzen Lochs, das das supermassereiche Schwarze Loch im Zentrum von Messier 87 mit der Bezeichnung M87* zeigte. Die wissenschaftlichen Ergebnisse wurden in einer Reihe von sechs Artikeln präsentiert, die in The Astrophysical Journal Letters veröffentlicht wurden . Im 6σ-Bereich wurde ein im Uhrzeigersinn rotierendes Schwarzes Loch beobachtet.

Das Bild lieferte einen Test für die allgemeine Relativitätstheorie von Albert Einstein unter extremen Bedingungen. Studien haben zuvor die allgemeine Relativitätstheorie getestet, indem sie die Bewegungen von Sternen und Gaswolken in der Nähe des Randes eines Schwarzen Lochs untersucht haben. Ein Bild eines Schwarzen Lochs bringt die Beobachtungen jedoch noch näher an den Ereignishorizont. Die Relativitätstheorie sagt eine dunkle, schattenähnliche Region voraus, die durch Gravitationsbiegung und Lichteinfang verursacht wird und mit dem beobachteten Bild übereinstimmt. In der veröffentlichten Arbeit heißt es: „Insgesamt stimmt das beobachtete Bild mit den Erwartungen für den Schatten eines sich drehenden Kerr-Schwarzen Lochs überein, wie von der allgemeinen Relativitätstheorie vorhergesagt.“ Paul TP Ho, EHT-Vorstandsmitglied, sagte: „Sobald wir sicher waren, dass wir den Schatten abgebildet hatten, konnten wir unsere Beobachtungen mit umfangreichen Computermodellen vergleichen, die die Physik des verzerrten Raums, überhitzter Materie und starker Magnetfelder beinhalten. Viele der Merkmale des beobachteten Bildes passen überraschend gut zu unserem theoretischen Verständnis."

Das Bild lieferte auch neue Messwerte für die Masse und den Durchmesser von M87*. EHT hat die Masse des Schwarzen Lochs gemessen6,5 ± 0,7 Milliarden Sonnenmassen und maß den Durchmesser seines Ereignishorizonts mit ungefähr 40 Milliarden Kilometern (270 AE; 0,0013 pc; 0,0042 ly), ungefähr 2,5-mal kleiner als der Schatten, den er wirft, der in der Mitte des Bildes zu sehen ist. Frühere Beobachtungen von M87 zeigten, dass der großräumige Jet in einem Winkel von 17° zur Sichtlinie des Beobachters geneigt und in einem Positionswinkel von –72° auf der Himmelsebene ausgerichtet ist. Aus der erhöhten Helligkeit des südlichen Teils des Rings aufgrund des relativistischen Strahlens der sich nähernden Trichterwand-Jet-Emission schloss EHT, dass sich das Schwarze Loch, das den Jet verankert, von der Erde aus gesehen im Uhrzeigersinn dreht. EHT-Simulationen ermöglichen sowohl eine prograde als auch eine retrograde Rotation der inneren Scheibe in Bezug auf das Schwarze Loch, während sie einen Null-Spin des Schwarzen Lochs unter Verwendung einer konservativen minimalen Strahlleistung von 10 42 erg/s über den Blandford-Znajek-Prozess ausschließen .

Die Erstellung eines Bildes aus Daten einer Reihe von Radioteleskopen erfordert viel mathematische Arbeit. Vier unabhängige Teams erstellten Bilder, um die Zuverlässigkeit der Ergebnisse zu beurteilen. Diese Methoden umfassten sowohl einen in der Radioastronomie etablierten Algorithmus zur Bildrekonstruktion namens CLEAN, der von Jan Högbom erfunden wurde, als auch selbstkalibrierende Bildverarbeitungsmethoden für die Astronomie wie den von Katherine Bouman und anderen entwickelten CHIRP-Algorithmus . Die letztendlich verwendeten Algorithmen waren ein regularisierter Maximum-Likelihood - Algorithmus (RML) und der CLEAN- Algorithmus.

Im März 2020 schlugen Astronomen eine verbesserte Möglichkeit vor, mehr Ringe im ersten Bild eines Schwarzen Lochs zu sehen. Im März 2021 wurde ein neues Foto enthüllt, das zeigt, wie das Schwarze Loch M87 in polarisiertem Licht aussieht. Dies ist das erste Mal, dass Astronomen die Polarisation so nahe am Rand eines Schwarzen Lochs messen konnten. Die Linien auf dem Foto markieren die Polarisationsrichtung, die mit dem Magnetfeld um den Schatten des Schwarzen Lochs zusammenhängt.

3C 279

EHT-Bild des archetypischen Blazars 3C 279, das einen relativistischen Jet hinunter zum AGN-Kern zeigt, der das supermassereiche Schwarze Loch umgibt.

Im April 2020 veröffentlichte das EHT die ersten Bilder mit einer Auflösung von 20 Mikrobogensekunden des archetypischen Blazars 3C 279, den es im April 2017 beobachtet hatte. Diese Bilder, die aus Beobachtungen über 4 Nächte im April 2017 generiert wurden, zeigen helle Komponenten eines Jets, dessen Projektion auf die Beobachterebene zeigen scheinbare superluminale Bewegungen mit Geschwindigkeiten von bis zu 20 c. Eine solche scheinbare superluminale Bewegung von relativistischen Emittern wie einem sich nähernden Jet wird dadurch erklärt, dass die Emission, die näher am Beobachter (stromabwärts entlang des Jets) entsteht, die Emission einholt, die weiter vom Beobachter (an der Jetbasis) entfernt ist, wenn sich der Jet nahe an der Geschwindigkeit ausbreitet Licht in kleinen Winkeln zur Sichtlinie.

Zentaur A

Bild von Centaurus A, das seinen schwarzen Lochstrahl in verschiedenen Maßstäben zeigt

Im Juli 2021 wurden hochauflösende Bilder des Jets veröffentlicht, die vom Schwarzen Loch im Zentrum von Centaurus A erzeugt wurden. Mit einer Masse herum5,5 × 10 7 M , ist das Schwarze Loch nicht groß genug, um seinen Ring wie bei Messier M87* zu beobachten, aber sein Jet erstreckt sich sogar über seine Wirtsgalaxie hinaus, während er als stark kollimierter Strahl bleibt, was ein Untersuchungspunkt ist. Es wurde auch eine Kantenaufhellung des Strahls beobachtet, was Modelle der Teilchenbeschleunigung ausschließen würde, die diesen Effekt nicht reproduzieren können. Das Bild war 16-mal schärfer als frühere Beobachtungen und verwendete eine Wellenlänge von 1,3 mm.

Schütze A*

Sagittarius A*, Schwarzes Loch im Zentrum der Milchstraße

Am 12. Mai 2022 enthüllte die EHT Collaboration ein Bild von Sagittarius A*, dem supermassereichen Schwarzen Loch im Zentrum der Milchstraße . Das Schwarze Loch ist 27.000 Lichtjahre von der Erde entfernt; es ist tausendmal kleiner als M87*. Sera Markoff, Co-Vorsitzende des EHT Science Council, sagte: „Wir haben zwei völlig unterschiedliche Arten von Galaxien und zwei sehr unterschiedliche Massen von Schwarzen Löchern, aber nahe am Rand dieser Schwarzen Löcher sehen sie sich erstaunlich ähnlich. Das sagt uns dieser General Die Relativitätstheorie regiert diese Objekte aus nächster Nähe, und alle Unterschiede, die wir weiter entfernt sehen, müssen auf Unterschiede in der Materie zurückzuführen sein, die die Schwarzen Löcher umgibt."

Kooperierende Institute

Die EHT-Kollaboration besteht aus 13 beteiligten Instituten:

An der EHT angeschlossene Institutionen sind:

Verweise

Externe Links