Event Horizon Telescope -Event Horizon Telescope

Tapahtuma Horizon -teleskooppi
Vaihtoehtoiset nimet	EHT
Verkkosivusto	eventhorizontelescope .org
Teleskoopit	Atacama Large Millimeter Array ; Atacama Pathfinder Experiment ; Heinrich Hertz Submillimeter Telescope IRAM ; 30m Telescope ; James Clerk Maxwell Telescope ; Large Millimeter Telescope ; South Pole Telescope ; Submillimeter Array
	Aiheeseen liittyvä media Wikimedia Commonsissa
	[ muokkaa Wikidatassa ]

Event Horizon Telescope ( EHT ) on suuri teleskooppiryhmä, joka koostuu maailmanlaajuisesta radioteleskooppiverkosta . EHT-projekti yhdistää tietoja useista erittäin pitkän perusviivan interferometria- asemilta (VLBI) ympäri maata, jotka muodostavat yhdistetyn taulukon, jonka kulmaresoluutio riittää tarkkailemaan supermassiivisen mustan aukon tapahtumahorisontin kokoisia kohteita . Hankkeen havaintokohteita ovat kaksi mustaa aukkoa, joiden kulmahalkaisija on suurin maasta havaittuna: superjättimäisen elliptisen galaksin keskellä oleva musta aukko. Messier 87 (M87*, lausutaan "M87-Star") ja Sagittarius A* (Sgr A*, lausutaan "Jousimies A-Star" ) Linnunradan keskellä .

Event Horizon Telescope -projekti on kansainvälinen yhteistyö, joka käynnistettiin vuonna 2009 pitkän teoreettisen ja teknisen kehityksen jälkeen. Teorian puolella työ fotoniradalla ja ensimmäiset simulaatiot siitä, miltä musta aukko näyttäisivät eteni VLBI-kuvauksen ennusteisiin Galaktisen keskuksen mustalle aukolle, Sgr A*. Radiohavainnoinnin tekninen kehitys eteni Sgr A*:n ensimmäisestä havaitsemisesta VLBI:n kautta asteittain lyhyemmillä aallonpituuksilla, mikä johti lopulta horisonttimittakaavarakenteen havaitsemiseen sekä Sgr A*:ssa että M87:ssä. Yhteistyössä on nyt yli 300 jäsentä, 60 instituutiota, jotka työskentelevät yli 20 maassa ja alueella.

EHT Collaboration julkaisi ensimmäisen kuvan mustasta aukosta galaksin Messier 87 keskustassa 10. huhtikuuta 2019 kuuden tieteellisen julkaisun sarjassa. Ryhmä teki tämän havainnon 1,3 mm:n aallonpituudella ja teoreettisella diffraktiolla rajoitetulla resoluutiolla 25 mikrokaarisekuntia . Maaliskuussa 2021 Collaboration esitteli ensimmäistä kertaa polarisoituun perustuvan kuvan mustasta aukosta, joka voi auttaa paljastamaan paremmin kvasaarien synnyttäjät voimat . Tulevaisuuden suunnitelmissa on parantaa matriisin resoluutiota lisäämällä uusia teleskooppeja ja tekemällä lyhyemmän aallonpituuden havaintoja. 12. toukokuuta 2022 tähtitieteilijät paljastivat ensimmäisen kuvan supermassiivisesta mustasta aukosta Linnunradan keskustassa, Jousimies A* .

Teleskooppiryhmä

Kaavakuva EHT:n VLBI-mekanismista. Jokaisella antennilla, joka on levitetty valtaville etäisyyksille, on erittäin tarkka atomikello . Antennin keräämät analogiset signaalit muunnetaan digitaalisiksi signaaleiksi ja tallennetaan kiintolevyille yhdessä atomikellon tuottamien aikasignaalien kanssa. Kiintolevyt toimitetaan sitten keskitettyyn paikkaan synkronoitavaksi. Tähtitieteellinen havaintokuva saadaan käsittelemällä useista paikoista kerättyä tietoa.

EHT-havainnot vuoden 2017 M87-moniaallonpituuskampanjan aikana hajosivat instrumenteilla alemmasta (EHT/ALMA/SMA) korkeampaan (VERITAS) taajuuteen. (Fermi-LAT jatkuvassa mittaustilassa) (päivämäärät myös muokattuina Julian-päivinä )

Pehmeä röntgenkuva Sagittarius A*: sta (keskellä) ja kaksi valokaikua äskettäisestä räjähdyksestä (ympyröity)

EHT koostuu useista radioobservatorioista tai radioteleskooppilaitoksista ympäri maailmaa, jotka työskentelevät yhdessä tuottaakseen erittäin herkän, korkean kulmaresoluution teleskoopin. Erittäin pitkän perusviivainterferometrian (VLBI) tekniikan avulla monet riippumattomat radioantennit, jotka ovat erotettu toisistaan satojen tai tuhansien kilometrien päähän, voivat toimia vaiheistetuina ryhminä, virtuaalisena teleskooppina, joka voidaan osoittaa elektronisesti ja jonka tehollinen aukko on antennin halkaisija. koko planeetalle, mikä parantaa huomattavasti sen kulmaresoluutiota. Pyrkimyksiin kuuluu submillimetristen kaksoispolarisaatiovastaanottimien kehittäminen ja käyttöönotto, erittäin vakaat taajuusstandardit, jotka mahdollistavat erittäin pitkän peruslinjan interferometrian 230–450 GHz:ssä, suuremman kaistanleveyden VLBI-taustalaitteet ja -tallentimet sekä uusien submillimetristen VLBI-paikkojen käyttöönotto.

Joka vuosi ensimmäisen tiedonkeruun jälkeen vuonna 2006 EHT-ryhmä on siirtynyt lisäämään observatorioita maailmanlaajuiseen radioteleskooppiverkkoonsa. Ensimmäinen kuva Linnunradan supermassiivisesta mustasta aukosta, Sagittarius A*, oli tarkoitus tuottaa huhtikuussa 2017 otetuista tiedoista, mutta koska etelänavalle ei lennätä etelänavalle australialaisen talven aikana (huhtikuusta lokakuuhun), koko tietojoukkoa voitu käsitellä vasta joulukuussa 2017, jolloin Etelänapateleskoopin datalähetys saapui.

Kiintolevyille kerätyt tiedot kuljetetaan kaupallisilla rahtilentokoneilla (niin sanottu sneakernet ) eri teleskoopeista MIT Haystack Observatorioon ja Max Planck Institute for Radio Astronomy -instituuttiin, jossa tiedot ristiinkorreloidaan ja analysoidaan ruudukkotietokoneella . noin 800 CPU : sta, jotka kaikki on kytketty 40 Gbit/s verkon kautta.

COVID -19-pandemian, säämallien ja taivaan mekaniikan vuoksi vuoden 2020 havaintokampanja siirrettiin maaliskuuhun 2021.

Messier 87*

Sarja kuvia, jotka edustavat saavutettua suurennusta (ikään kuin yrittäisivät nähdä tennispallon kuussa). Alkaa vasemmasta yläkulmasta ja liikkuu vastapäivään ja päättyy lopulta oikeaan yläkulmaan.

Kuva M87:stä*, joka on luotu Event Horizon Telescope -teleskoopin keräämistä tiedoista

Näkymä M87* mustasta aukosta polarisoidussa valossa

Event Horizon Telescope Collaboration julkisti ensimmäiset tulokset kuudessa samanaikaisessa lehdistötilaisuudessa maailmanlaajuisesti 10. huhtikuuta 2019. Ilmoitus sisälsi ensimmäisen suoran kuvan mustasta aukosta, jossa näkyi supermassiivinen musta aukko Messier 87 :n keskellä, nimeltään M87*. Tieteelliset tulokset esiteltiin kuuden artikkelin sarjassa, jotka julkaistiin The Astrophysical Journal Lettersissä . Myötäpäivään pyörivä musta aukko havaittiin 6σ-alueella.

Kuva testasi Albert Einsteinin yleistä suhteellisuusteoriaa äärimmäisissä olosuhteissa. Yleistä suhteellisuusteoriaa on aiemmin testattu tutkimalla tähtien ja kaasupilvien liikkeitä lähellä mustan aukon reunaa. Kuitenkin kuva mustasta aukosta tuo havainnot entistä lähemmäksi tapahtumahorisonttia. Suhteellisuusteoria ennustaa tumman varjon kaltaisen alueen, joka aiheutuu gravitaatiosta ja valon sieppauksesta ja joka vastaa havaittua kuvaa. Julkaistussa paperissa todetaan: "Kaiken kaikkiaan havaittu kuva on yhdenmukainen yleisen suhteellisuusteorian ennustamana pyörivän Kerrin mustan aukon varjosta." Paul TP Ho, EHT:n hallituksen jäsen, sanoi: "Kun olimme varmoja, että olimme kuvanneet varjon, voimme verrata havaintojamme laajoihin tietokonemalleihin, jotka sisältävät vääntyneen avaruuden, tulistetun aineen ja voimakkaiden magneettikenttien fysiikan. Monet ominaisuudet havaittu kuva vastaa yllättävän hyvin teoreettista ymmärrystämme."

Kuvasta saatiin myös uusia mittauksia M87*:n massalle ja halkaisijalle. EHT mittasi mustan aukon massan olevan6,5 ± 0,7 miljardia auringon massaa ja mittasi sen tapahtumahorisontin halkaisijaksi noin 40 miljardia kilometriä (270 AU; 0,0013 pc; 0,0042 ly), mikä on noin 2,5 kertaa pienempi kuin varjo, jonka se luo kuvan keskellä nähtynä. Aiemmat M87:n havainnot osoittivat, että suuren mittakaavan suihku on kalteva 17°:n kulmassa suhteessa tarkkailijan näkölinjaan ja on suunnattu taivaan tasolle -72°:n sijaintikulmassa. EHT päätteli renkaan eteläosan lisääntyneestä kirkkaudesta, joka johtuu lähestyvän suppilon seinämän suihkupäästön relativistisesta säteilystä, että suihkun ankkuroiva musta aukko pyörii myötäpäivään Maasta katsottuna. EHT-simulaatiot mahdollistavat sekä etenevän että taaksepäin suuntautuvan sisemmän levyn pyörimisen suhteessa mustaan aukkoon, mutta sulkevat pois mustan aukon nollapyörityksen käyttämällä konservatiivista minimisuihkutehoa 10 ⁴² erg/s Blandford–Znajek-prosessin kautta .

Kuvan tuottaminen radioteleskooppien tiedoista vaatii paljon matemaattista työtä. Neljä riippumatonta tiimiä loi kuvia arvioidakseen tulosten luotettavuutta. Näihin menetelmiin sisältyivät sekä radioastronomiassa vakiintunut algoritmi kuvan rekonstruktioon, joka tunnetaan nimellä CLEAN ja jonka keksi Jan Högbom, että itsekalibroivat kuvankäsittelymenetelmät tähtitiedettä varten, kuten Katherine Boumanin ja muiden luoma CHIRP-algoritmi . Lopulta käytetyt algoritmit olivat RML -algoritmi ja CLEAN - algoritmi.

Maaliskuussa 2020 tähtitieteilijät ehdottivat parannettua tapaa nähdä enemmän renkaita ensimmäisessä mustan aukon kuvassa. Maaliskuussa 2021 julkaistiin uusi valokuva, joka näyttää miltä M87-musta aukko näyttää polarisoidussa valossa. Tämä on ensimmäinen kerta, kun tähtitieteilijät ovat pystyneet mittaamaan polarisaation niin läheltä mustan aukon reunaa. Valokuvassa olevat viivat osoittavat polarisaation suuntaa, joka liittyy mustan aukon varjon ympärillä olevaan magneettikenttään.

3C 279

EHT-kuva arkkityyppisestä blazarista 3C 279, jossa näkyy relativistinen suihku alas supermassiivista mustaa aukkoa ympäröivään AGN-ytimeen.

Huhtikuussa 2020 EHT julkaisi ensimmäiset 20 mikrokaarisekunnin resoluutiota kuvaa arkkityyppisestä blazarista 3C 279, jonka se havaitsi huhtikuussa 2017. Nämä kuvat, jotka on luotu huhtikuussa 2017 neljän yön aikana tehdyistä havainnoista, paljastavat suihkun kirkkaita komponentteja, joiden projektio havaintotasolle osoittavat näennäisiä superluminaalisia liikkeitä nopeuksilla jopa 20 c. Tällainen näennäinen superluminaalinen liike relativistisista säteilijöistä, kuten lähestyvästä suihkusta, selittyy sillä, että lähemmäs tarkkailijaa (suihkua pitkin alavirtaan) lähtevä emissio ottaa kiinni emissiosta, joka tulee kauempana tarkkailijasta (suihkun pohjalta), kun suihku etenee lähellä nopeutta valoa pienissä kulmissa näkölinjaan nähden.

Centaurus A

Kuva Centaurus A:sta, joka näyttää sen mustan aukon suihkun eri mittakaavassa

Heinäkuussa 2021 julkaistiin korkearesoluutioisia kuvia Centaurus A :n keskustassa sijaitsevan mustan aukon tuottamasta suihkusta . Massa ympärillä5,5 × 10 ⁷ M _☉, musta aukko ei ole tarpeeksi suuri havainnoimaan sen rengasta kuten Messier M87*:n tapauksessa, mutta sen suihku ulottuu jopa isäntägalaksin ulkopuolelle pysyen samalla erittäin kollimoituneena säteenä, mikä on tutkimuskohde. Myös suihkun reunojen kirkastumista havaittiin, mikä sulkeisi pois hiukkaskiihtyvyyden mallit, jotka eivät pysty toistamaan tätä vaikutusta. Kuva oli 16 kertaa terävämpi kuin aikaisemmat havainnot ja käytti 1,3 mm aallonpituutta.

Jousimies A*

Sagittarius A*, musta aukko Linnunradan keskustassa

12. toukokuuta 2022 EHT Collaboration paljasti kuvan Jousimies A* :sta , supermassiivisesta mustasta aukosta Linnunradan galaksin keskustassa . Musta aukko on 27 000 valovuoden päässä Maasta; se on tuhansia kertoja pienempi kuin M87*. Sera Markoff, EHT:n tiedeneuvoston yhteispuheenjohtaja, sanoi: "Meillä on kaksi täysin erityyppistä galaksia ja kaksi hyvin erilaista mustan aukon massaa, mutta lähellä näiden mustien aukkojen reunaa ne näyttävät hämmästyttävän samanlaisilta. Tämä kertoo meille, että kenraali Suhteellisuusteoria hallitsee näitä esineitä läheltä, ja kaikki erot, joita näemme kauempana, johtuvat eroista mustia aukkoja ympäröivässä materiaalissa."