Телескоп горизонта событий -Event Horizon Telescope

Из Википедии, бесплатной энциклопедии

Телескоп горизонта событий
Телескоп горизонта событий и глобальная РСДБ-решетка на Земле.jpg
Телескоп горизонта событий.svg
Альтернативные имена ЭНТ Отредактируйте это в Викиданных
Интернет сайт eventhorizontelescope .org Отредактируйте это в Викиданных
Телескопы Большой миллиметровый массив в
Атакаме Эксперимент с первооткрывателем в Атакаме
Субмиллиметровый телескоп Генриха Герца 30-метровый телескоп
IRAM Телескоп
Джеймса Клерка Максвелла
Большой миллиметровый телескоп Телескоп на
Южном полюсе
Субмиллиметровый телескоп Отредактируйте это в Викиданных
Связанные СМИ на Викискладе?

Телескоп Event Horizon ( EHT ) представляет собой большой массив телескопов, состоящий из глобальной сети радиотелескопов . Проект EHT объединяет данные нескольких станций интерферометрии с очень длинной базой (VLBI) вокруг Земли, которые образуют комбинированный массив с угловым разрешением, достаточным для наблюдения за объектами размером с горизонт событий сверхмассивной черной дыры . Наблюдательные цели проекта включают две черные дыры с наибольшим угловым диаметром, наблюдаемым с Земли: черная дыра в центре сверхгигантской эллиптической галактики . Мессье 87 (M87*, произносится как «Звезда M87») и Стрелец A* (Sgr A*, произносится как «Стрелец A-Звезда») в центре Млечного Пути .

Проект Event Horizon Telescope — это международное сотрудничество, запущенное в 2009 году после длительного периода теоретических и технических разработок. С теоретической точки зрения работа над фотонной орбитой и первым моделированием того, как будет выглядеть черная дыра, переросла в предсказания РСДБ-изображения черной дыры в центре Галактики, Sgr A*. Технические достижения в области радионаблюдений перешли от первого обнаружения Sgr A * к РСДБ на все более коротких длинах волн, что в конечном итоге привело к обнаружению структуры масштаба горизонта как в Sgr A *, так и в M87. В настоящее время сотрудничество насчитывает более 300 участников, 60 организаций, работающих в более чем 20 странах и регионах.

Первое изображение черной дыры в центре галактики Мессье 87 было опубликовано коллаборацией EHT 10 апреля 2019 года в серии из шести научных публикаций. Массив сделал это наблюдение на длине волны 1,3 мм и с теоретическим разрешением, ограниченным дифракцией, в 25 угловых микросекунд . В марте 2021 года Сотрудничество впервые представило поляризованное изображение черной дыры, которое может помочь лучше выявить силы, порождающие квазары . Планы на будущее включают улучшение разрешения массива за счет добавления новых телескопов и проведения наблюдений на более коротких волнах. 12 мая 2022 года астрономы представили первое изображение сверхмассивной черной дыры в центре Млечного Пути, Стрелец A* .

Массив телескопов

Принципиальная схема РСДБ-механизма ЭГТ. Каждая антенна, разбросанная на огромные расстояния, имеет чрезвычайно точные атомные часы . Аналоговые сигналы, собираемые антенной, преобразуются в цифровые сигналы и сохраняются на жестких дисках вместе с сигналами времени, обеспечиваемыми атомными часами. Затем жесткие диски отправляются в центральное место для синхронизации. Изображение астрономического наблюдения получается путем обработки данных, собранных из нескольких мест.
Наблюдения EHT во время многоволновой кампании M87 2017 г. разлагались прибором от более низкой (EHT / ALMA / SMA) до более высокой (VERITAS) частоты. (Fermi-LAT в режиме непрерывной съемки) (даты также указаны в модифицированных юлианских днях )
Мягкое рентгеновское изображение Стрельца A * (в центре) и двух световых эхо -сигналов от недавнего взрыва (обведены)

EHT состоит из множества радиообсерваторий или радиотелескопов по всему миру, которые вместе работают над созданием высокочувствительного телескопа с высоким угловым разрешением. Благодаря методу интерферометрии со сверхдлинной базой (РСДБ) многие независимые радиоантенны, разделенные сотнями или тысячами километров, могут действовать как фазированная решетка, виртуальный телескоп, который можно наводить электронным способом, с эффективной апертурой диаметром всю планету, существенно улучшив ее угловое разрешение. Усилия включают разработку и развертывание субмиллиметровых приемников с двойной поляризацией, высокостабильных стандартов частоты для обеспечения интерферометрии с очень длинной базой в диапазоне 230–450 ГГц, РСДБ-серверов и регистраторов с более высокой пропускной способностью, а также ввод в эксплуатацию новых субмиллиметровых РСДБ-сайтов.

Каждый год с момента первого сбора данных в 2006 году массив EHT перемещался, чтобы добавить больше обсерваторий в свою глобальную сеть радиотелескопов. Ожидалось, что первое изображение сверхмассивной черной дыры Млечного Пути, Стрельца A*, будет получено на основе данных, полученных в апреле 2017 года, но, поскольку во время южной зимы (с апреля по октябрь) нет полетов в Южный полюс и из него, полный набор данных не мог быть обработан до декабря 2017 года, когда прибыла партия данных с телескопа Южного полюса .

Данные, собранные на жестких дисках, доставляются коммерческими грузовыми самолетами (так называемая сеть кроссовок ) с различных телескопов в обсерваторию Хейстек Массачусетского технологического института и в Институт радиоастрономии им. примерно из 800 процессоров, подключенных через сеть 40 Гбит/с .

Из-за пандемии COVID-19, погодных условий и небесной механики наблюдательная кампания 2020 года была перенесена на март 2021 года.

Мессье 87*

Серия изображений, демонстрирующих достигнутое увеличение (как если бы вы пытались увидеть теннисный мяч на Луне). Начинается в верхнем левом углу и движется против часовой стрелки, чтобы в конечном итоге закончиться в верхнем правом углу.
Изображение M87 *, созданное на основе данных, собранных телескопом Event Horizon.

Сотрудничество с телескопом Event Horizon объявило свои первые результаты на шести одновременных пресс-конференциях по всему миру 10 апреля 2019 года. В объявлении было представлено первое прямое изображение черной дыры, на котором была показана сверхмассивная черная дыра в центре Мессье 87, обозначенная M87 *. Научные результаты были представлены в серии из шести статей, опубликованных в The Astrophysical Journal Letters . Черная дыра, вращающаяся по часовой стрелке, наблюдалась в области 6σ.

Изображение послужило проверкой общей теории относительности Альберта Эйнштейна в экстремальных условиях. Исследования ранее проверяли общую теорию относительности, изучая движение звезд и газовых облаков вблизи края черной дыры. Однако изображение черной дыры еще больше приближает наблюдения к горизонту событий. Теория относительности предсказывает темную теневую область, вызванную гравитационным искривлением и захватом света, которая соответствует наблюдаемому изображению. В опубликованной статье говорится: «В целом, наблюдаемое изображение согласуется с ожиданиями относительно тени вращающейся черной дыры Керра, как это предсказывает общая теория относительности». Пол Т.П. Хо, член совета директоров EHT, сказал: «Как только мы убедились, что получили изображение тени, мы могли сравнить наши наблюдения с обширными компьютерными моделями, которые включают в себя физику искривленного пространства, перегретой материи и сильных магнитных полей. Многие особенности наблюдаемого изображения удивительно хорошо соответствуют нашему теоретическому пониманию».

Изображение также дало новые измерения массы и диаметра M87*. EHT измерил массу черной дыры6,5 ± 0,7 миллиарда солнечных масс и измерил диаметр его горизонта событий примерно в 40 миллиардов километров (270 а.е.; 0,0013 пк; 0,0042 светового дня), что примерно в 2,5 раза меньше, чем тень, которую он отбрасывает, видимая в центре изображения. Предыдущие наблюдения за M87 показали, что крупномасштабная струя наклонена под углом 17° по отношению к лучу зрения наблюдателя и ориентирована в плоскости неба под позиционным углом −72°. Из повышенной яркости южной части кольца из-за релятивистского излучения приближающегося излучения струи стенки воронки EHT заключил, что черная дыра, которая закрепляет струю, вращается по часовой стрелке, если смотреть с Земли. Моделирование EHT допускает как прямое, так и ретроградное вращение внутреннего диска по отношению к черной дыре, исключая при этом нулевое вращение черной дыры с использованием консервативной минимальной реактивной мощности 10 42 эрг/с посредством процесса Блэндфорда-Знайека .

Создание изображения на основе данных с массива радиотелескопов требует большой математической работы. Четыре независимые команды создали изображения для оценки достоверности результатов. Эти методы включали как установленный в радиоастрономии алгоритм реконструкции изображений, известный как CLEAN, изобретенный Яном Хёгбом, так и самокалибрующиеся методы обработки изображений для астрономии, такие как алгоритм CHIRP, созданный Кэтрин Боуман и другими. Алгоритмы, которые в конечном итоге были использованы, представляли собой алгоритм регуляризованного максимального правдоподобия (RML) и алгоритм CLEAN .

В марте 2020 года астрономы предложили улучшенный способ увидеть больше колец на первом изображении черной дыры. В марте 2021 года была обнародована новая фотография, показывающая, как черная дыра M87 выглядит в поляризованном свете. Впервые астрономам удалось измерить поляризацию так близко к краю черной дыры. Линии на фото отмечают ориентацию поляризации, которая связана с магнитным полем вокруг тени черной дыры.

3С 279

EHT-изображение архетипического блазара 3C 279, показывающее релятивистскую струю, направленную вниз к ядру АЯГ, окружающему сверхмассивную черную дыру.

В апреле 2020 г. EHT опубликовала первые изображения с разрешением 20 угловых микросекунд архетипического блазара 3C 279, которые он наблюдал в апреле 2017 г. Эти изображения, полученные в результате наблюдений в течение 4 ночей в апреле 2017 г., показывают яркие компоненты джета, проекция которого на плоскость наблюдения обнаруживают кажущиеся сверхсветовые движения со скоростями до 20 с. Такое кажущееся сверхсветовое движение от релятивистских излучателей, таких как приближающийся джет, объясняется тем, что излучение, возникающее ближе к наблюдателю (ниже по потоку вдоль джета), догоняет излучение, возникающее дальше от наблюдателя (у основания джета), поскольку струя распространяется со скоростью, близкой к скорости света под небольшим углом к ​​лучу зрения.

Центавр А

Изображение Центавра А, показывающее его струю черной дыры в разных масштабах.

В июле 2021 года были опубликованы изображения с высоким разрешением джета, созданного черной дырой в центре Центавра А. С массой вокруг5,5 × 10 7 M , черная дыра недостаточно велика, чтобы наблюдать за своим кольцом, как у Мессье M87*, но ее струя простирается даже за пределы галактики-хозяина, оставаясь в виде сильно коллимированного луча, что является предметом изучения. Также наблюдалось осветление краев струи, что исключает модели ускорения частиц, которые не могут воспроизвести этот эффект. Изображение было в 16 раз четче, чем предыдущие наблюдения, и использовало длину волны 1,3 мм.

Стрелец А*

Стрелец A*, черная дыра в центре Млечного Пути

12 мая 2022 года коллаборация EHT показала изображение Стрельца A*, сверхмассивной черной дыры в центре галактики Млечный Путь . Черная дыра находится на расстоянии 27 000 световых лет от Земли; это в тысячи раз меньше, чем M87*. Сера Маркофф, сопредседатель Научного совета EHT, сказала: «У нас есть два совершенно разных типа галактик и две очень разные массы черных дыр, но вблизи края этих черных дыр они выглядят поразительно похожими. Это говорит нам о том, что генерал Теория относительности управляет этими объектами вблизи, и любые различия, которые мы видим дальше, должны быть связаны с различиями в материале, окружающем черные дыры».

Сотрудничающие институты

Сотрудничество EHT состоит из 13 заинтересованных институтов:

Учреждения, связанные с EHT, включают:

Рекомендации

Внешние ссылки