Telescopio Event Horizon -Event Horizon Telescope

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Telescopio Event Horizon
Il telescopio Event Horizon e l'array globale mm-VLBI sulla Terra.jpg
Event Horizon Telescope.svg
Nomi alternativi EHT Modificalo su Wikidata
Sito web eventhorizontelescope .org Modificalo su Wikidata
Telescopi Atacama Large Millimeter Array
Esperimento Atacama Pathfinder
Heinrich Hertz Telescopio submillimetrico
IRAM Telescopio 30m
James Clerk Telescopio Maxwell
Large Millimeter Telescope Telescopio
del polo sud
Array submillimetrico Modificalo su Wikidata
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L' Event Horizon Telescope ( EHT ) è una grande schiera di telescopi costituita da una rete globale di radiotelescopi . Il progetto EHT combina i dati di diverse stazioni di interferometria di base molto lunga (VLBI) intorno alla Terra, che formano un array combinato con una risoluzione angolare sufficiente per osservare oggetti delle dimensioni dell'orizzonte degli eventi di un buco nero supermassiccio . Gli obiettivi osservativi del progetto includono i due buchi neri con il diametro angolare più grande osservato dalla Terra: il buco nero al centro della galassia ellittica supergigante Messier 87 (M87*, pronunciato "M87-Star"), e Sagittario A* (Sgr A*, pronunciato "Sagittarius A-Star") al centro della Via Lattea .

Il progetto Event Horizon Telescope è una collaborazione internazionale lanciata nel 2009 dopo un lungo periodo di sviluppi teorici e tecnici. Dal punto di vista teorico, il lavoro sull'orbita del fotone e le prime simulazioni di come sarebbe un buco nero sono proseguite con le previsioni dell'imaging VLBI per il buco nero del Centro Galattico, Sgr A*. I progressi tecnici nell'osservazione radio sono passati dal primo rilevamento di Sgr A*, attraverso VLBI a lunghezze d'onda progressivamente più corte, portando infine al rilevamento della struttura della scala dell'orizzonte sia in Sgr A* che in M87. La collaborazione ora comprende oltre 300 membri, 60 istituzioni, che lavorano in oltre 20 paesi e regioni.

La prima immagine di un buco nero, al centro della galassia Messier 87, è stata pubblicata dalla EHT Collaboration il 10 aprile 2019, in una serie di sei pubblicazioni scientifiche. L'array ha effettuato questa osservazione a una lunghezza d'onda di 1,3 mm e con una risoluzione teorica limitata alla diffrazione di 25 microarcosecondi . Nel marzo 2021, la Collaborazione ha presentato, per la prima volta, un'immagine polarizzata del buco nero che potrebbe aiutare a rivelare meglio le forze che danno origine ai quasar . I piani futuri prevedono il miglioramento della risoluzione dell'array mediante l'aggiunta di nuovi telescopi e l'esecuzione di osservazioni a lunghezze d'onda più brevi. Il 12 maggio 2022, gli astronomi hanno svelato la prima immagine del buco nero supermassiccio al centro della Via Lattea, Sagittario A* .

Matrice del telescopio

Un diagramma schematico del meccanismo VLBI di EHT. Ogni antenna, sparsa su vaste distanze, ha un orologio atomico estremamente preciso . I segnali analogici raccolti dall'antenna vengono convertiti in segnali digitali e memorizzati su dischi rigidi insieme ai segnali temporali forniti dall'orologio atomico. I dischi rigidi vengono quindi spediti in una posizione centrale per essere sincronizzati. Un'immagine di osservazione astronomica si ottiene elaborando i dati raccolti da più posizioni.
Osservazioni EHT durante la sua campagna multilunghezza d'onda M87 del 2017 scomposte dallo strumento dalla frequenza più bassa (EHT/ALMA/SMA) a quella più alta (VERITAS). (Fermi-LAT in modalità rilievo continuo) (date anche in giorni giuliani modificati )
Immagine a raggi X morbida del Sagittario A* (al centro) e due echi luminosi di una recente esplosione (cerchiati)

L'EHT è composto da molti radio osservatori o strutture di radiotelescopi in tutto il mondo, che lavorano insieme per produrre un telescopio ad alta sensibilità e ad alta risoluzione angolare. Attraverso la tecnica dell'interferometria a base molto lunga (VLBI), molte antenne radio indipendenti separate da centinaia o migliaia di chilometri possono fungere da phased array, un telescopio virtuale che può essere puntato elettronicamente, con un'apertura effettiva che è il diametro di l'intero pianeta, migliorando notevolmente la sua risoluzione angolare. Lo sforzo include lo sviluppo e l'implementazione di ricevitori a doppia polarizzazione submillimetrica, standard di frequenza altamente stabili per consentire un'interferometria di base molto lunga a 230–450 GHz, backend e registratori VLBI a larghezza di banda maggiore, nonché la messa in servizio di nuovi siti VLBI submillimetrici.

Ogni anno dalla sua prima acquisizione di dati nel 2006, l'array EHT si è spostato per aggiungere altri osservatori alla sua rete globale di radiotelescopi. La prima immagine del buco nero supermassiccio della Via Lattea, Sagittarius A*, doveva essere prodotta dai dati presi nell'aprile 2017, ma poiché non ci sono voli in entrata o in uscita dal Polo Sud durante l'inverno australe (da aprile a ottobre), il l'intero set di dati non può essere elaborato fino a dicembre 2017, quando è arrivata la spedizione di dati dal South Pole Telescope .

I dati raccolti sui dischi rigidi vengono trasportati da aerei merci commerciali (un cosiddetto sneakernet ) dai vari telescopi all'Osservatorio di Haystack del MIT e al Max Planck Institute for Radio Astronomy, dove i dati sono correlati e analizzati su un computer a griglia realizzato da circa 800 CPU tutte collegate attraverso una rete a 40 Gbit/s .

A causa della pandemia di COVID-19, dei modelli meteorologici e dei meccanismi celesti, la campagna di osservazione del 2020 è stata posticipata a marzo 2021.

Messier 87*

Una serie di immagini che rappresentano l'ingrandimento raggiunto (come se si cercasse di vedere una pallina da tennis sulla luna). Inizia nell'angolo in alto a sinistra e si sposta in senso antiorario per finire nell'angolo in alto a destra.
Immagine di M87* generata dai dati raccolti dall'Event Horizon Telescope
Una vista del buco nero M87* in luce polarizzata

L'Event Horizon Telescope Collaboration ha annunciato i suoi primi risultati in sei conferenze stampa simultanee in tutto il mondo il 10 aprile 2019. L'annuncio presentava la prima immagine diretta di un buco nero, che mostrava il buco nero supermassiccio al centro di Messier 87, denominato M87*. I risultati scientifici sono stati presentati in una serie di sei articoli pubblicati su The Astrophysical Journal Letters . Nella regione 6σ è stato osservato un buco nero che ruota in senso orario .

L'immagine ha fornito un test per la teoria della relatività generale di Albert Einstein in condizioni estreme. Gli studi hanno precedentemente testato la relatività generale osservando i movimenti di stelle e nubi di gas vicino al bordo di un buco nero. Tuttavia, l'immagine di un buco nero avvicina le osservazioni all'orizzonte degli eventi. La relatività prevede una regione scura simile a un'ombra, causata dalla flessione gravitazionale e dalla cattura della luce, che corrisponde all'immagine osservata. Il documento pubblicato afferma: "Nel complesso, l'immagine osservata è coerente con le aspettative per l'ombra di un buco nero di Kerr rotante come previsto dalla relatività generale". Paul TP Ho, membro del consiglio di EHT, ha dichiarato: "Una volta che siamo stati sicuri di aver ripreso l'ombra, abbiamo potuto confrontare le nostre osservazioni con modelli computerizzati estesi che includono la fisica dello spazio deformato, della materia surriscaldata e dei forti campi magnetici. Molte delle caratteristiche dell'immagine osservata corrispondono sorprendentemente bene alla nostra comprensione teorica".

L'immagine ha anche fornito nuove misurazioni per la massa e il diametro di M87*. EHT ha misurato la massa del buco nero6,5 ± 0,7 miliardi di masse solari e ha misurato il diametro del suo orizzonte degli eventi per essere di circa 40 miliardi di chilometri (270 AU; 0,0013 pc; 0,0042 ly), circa 2,5 volte più piccolo dell'ombra che proietta, vista al centro dell'immagine. Precedenti osservazioni di M87 hanno mostrato che il getto su larga scala è inclinato di un angolo di 17° rispetto alla linea di vista dell'osservatore e orientato sul piano del cielo con un angolo di posizione di -72°. Dalla maggiore luminosità della parte meridionale dell'anello dovuta al raggio relativistico dell'imminente emissione del getto della parete dell'imbuto, EHT ha concluso che il buco nero, che ancora il getto, ruota in senso orario, visto dalla Terra. Le simulazioni EHT consentono la rotazione del disco interno sia progrado che retrogrado rispetto al buco nero, escludendo al contempo lo spin del buco nero zero utilizzando una potenza del getto minima conservativa di 10 42 erg/s tramite il processo di Blandford-Znajek .

La produzione di un'immagine dai dati di una serie di radiotelescopi richiede molto lavoro matematico. Quattro team indipendenti hanno creato immagini per valutare l'affidabilità dei risultati. Questi metodi includevano sia un algoritmo consolidato in radioastronomia per la ricostruzione delle immagini noto come CLEAN, inventato da Jan Högbom, sia metodi di elaborazione delle immagini autocalibranti per l'astronomia come l' algoritmo CHIRP creato da Katherine Bouman e altri. Gli algoritmi che sono stati alla fine utilizzati erano un algoritmo di massima verosimiglianza (RML) regolarizzato e l'algoritmo CLEAN .

Nel marzo 2020, gli astronomi hanno proposto un modo migliore per vedere più anelli nella prima immagine del buco nero. Nel marzo 2021 è stata rivelata una nuova foto, che mostra come appare il buco nero M87 in luce polarizzata. Questa è la prima volta che gli astronomi sono stati in grado di misurare la polarizzazione così vicino al bordo di un buco nero. Le linee sulla foto segnano l'orientamento della polarizzazione, che è correlata al campo magnetico attorno all'ombra del buco nero.

3C 279

Immagine EHT dell'archetipo blazar 3C 279 che mostra un getto relativistico fino al nucleo AGN che circonda il buco nero supermassiccio.

Nell'aprile 2020, l'EHT ha rilasciato le prime immagini con risoluzione di 20 microarcosecondi dell'archetipo blazar 3C 279 osservato nell'aprile 2017. Queste immagini, generate da osservazioni su 4 notti nell'aprile 2017, rivelano componenti luminose di un jet la cui proiezione sul piano dell'osservatore mostrano apparenti moti superluminali con velocità fino a 20 c. Tale apparente movimento superluminale da emettitori relativistici come un getto in avvicinamento è spiegato dall'emissione che si origina più vicino all'osservatore (a valle lungo il getto) raggiungendo l'emissione proveniente più lontano dall'osservatore (alla base del getto) mentre il getto si propaga vicino alla velocità di luce a piccoli angoli rispetto alla linea di vista.

Centauro A

Immagine di Centaurus A che mostra il suo getto di buchi neri a diverse scale

Nel luglio 2021 sono state rilasciate immagini ad alta risoluzione del getto prodotto dal buco nero seduto al centro di Centaurus A. Con una massa intorno5,5 × 10 7 M , il buco nero non è abbastanza grande per osservare il suo anello come con Messier M87*, ma il suo getto si estende anche oltre la sua galassia ospite rimanendo come un raggio altamente collimato che è un punto di studio. È stato anche osservato l'illuminazione dei bordi del getto che escluderebbe modelli di accelerazione delle particelle che non sono in grado di riprodurre questo effetto. L'immagine era 16 volte più nitida rispetto alle osservazioni precedenti e utilizzava una lunghezza d'onda di 1,3 mm.

Sagittario A*

Sagittario A*, buco nero al centro della Via Lattea

Il 12 maggio 2022, la collaborazione EHT ha rivelato un'immagine del Sagittario A*, il buco nero supermassiccio al centro della Via Lattea . Il buco nero è a 27.000 anni luce dalla Terra; è migliaia di volte più piccolo di M87*. Sera Markoff, copresidente dell'EHT Science Council, ha dichiarato: "Abbiamo due tipi completamente diversi di galassie e due masse di buchi neri molto diverse, ma vicino al bordo di questi buchi neri sembrano sorprendentemente simili. Questo ci dice che il generale La relatività governa questi oggetti da vicino e qualsiasi differenza che vediamo più lontano deve essere dovuta a differenze nel materiale che circonda i buchi neri".

Istituti collaborativi

La collaborazione EHT è composta da 13 istituti portatori di interessi:

Le istituzioni affiliate all'EHT includono:

Riferimenti

link esterno