Event Horizon Telescope -Event Horizon Telescope

Från Wikipedia, den fria encyklopedin

Event Horizon Telescope
Event Horizon Telescope och Global mm-VLBI Array on the Earth.jpg
Event Horizon Telescope.svg
Alternativa namn EHT Redigera detta på Wikidata
Hemsida eventhorizontelescope .org Redigera detta på Wikidata
Teleskop 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 Redigera detta på Wikidata
Relaterade medier på Wikimedia Commons

Event Horizon Telescope ( EHT ) är en stor teleskopuppsättning som består av ett globalt nätverk av radioteleskop . EHT-projektet kombinerar data från flera mycket långa baslinjeinterferometristationer (VLBI) runt jorden, som bildar en kombinerad array med en vinkelupplösning som är tillräcklig för att observera objekt storleken på ett supermassivt svart håls händelsehorisont . Projektets observationsmål inkluderar de två svarta hålen med den största vinkeldiametern som observerats från jorden: det svarta hålet i centrum av den supergigantiska elliptiska galaxen Messier 87 (M87*, uttalas "M87-Star") och Sagittarius A* (Sgr A*, uttalas "Skytten A-Star") i mitten av Vintergatan .

Event Horizon Telescope-projektet är ett internationellt samarbete som lanserades 2009 efter en lång period av teoretisk och teknisk utveckling. På teorisidan utvecklades arbetet med fotonbanan och de första simuleringarna av hur ett svart hål skulle se ut till förutsägelser av VLBI-avbildning för det svarta hålet i Galactic Center, Sgr A*. Tekniska framsteg inom radioobservation gick från den första detekteringen av Sgr A*, genom VLBI vid progressivt kortare våglängder, vilket slutligen ledde till detektering av horisontskalastrukturen i både Sgr A* och M87. Samarbetet omfattar nu över 300 medlemmar, 60 institutioner, verksamma i över 20 länder och regioner.

Den första bilden av ett svart hål, i mitten av galaxen Messier 87, publicerades av EHT Collaboration den 10 april 2019, i en serie av sex vetenskapliga publikationer. Arrayen gjorde denna observation vid en våglängd av 1,3 mm och med en teoretisk diffraktionsbegränsad upplösning25 mikrobågsekunder . I mars 2021 presenterade Collaboration, för första gången, en polariserad bild av det svarta hålet som kan hjälpa till att bättre avslöja de krafter som ger upphov till kvasarer . Framtida planer innebär att förbättra arrayens upplösning genom att lägga till nya teleskop och genom att ta kortare våglängdsobservationer. Den 12 maj 2022 avslöjade astronomer den första bilden av det supermassiva svarta hålet i mitten av Vintergatan, Sagittarius A* .

Teleskopuppsättning

Ett schematiskt diagram över VLBI-mekanismen för EHT. Varje antenn, utspridda över stora avstånd, har en extremt exakt atomklocka . Analoga signaler som samlas in av antennen omvandlas till digitala signaler och lagras på hårddiskar tillsammans med tidssignalerna från atomklockan. Hårddiskarna skickas sedan till en central plats för att synkroniseras. En astronomisk observationsbild erhålls genom att bearbeta data som samlats in från flera platser.
EHT-observationer under sin 2017 M87 multiwavelength-kampanj sönderdelas av instrument från lägre (EHT/ALMA/SMA) till högre (VERITAS) frekvens. (Fermi-LAT i kontinuerligt mätläge) (datum även i modifierade julianska dagar )
Mjuk röntgenbild av Skytten A* (mitten) och två ljusekon från en nyligen genomförd explosion (inringade)

EHT består av många radioobservatorier eller radioteleskopanläggningar runt om i världen, som arbetar tillsammans för att producera ett högkänsligt teleskop med hög vinkelupplösning. Genom tekniken med mycket lång baslinjeinterferometri (VLBI) kan många oberoende radioantenner separerade med hundratals eller tusentals kilometer fungera som en fasad array, ett virtuellt teleskop som kan riktas elektroniskt, med en effektiv bländare som är diametern på hela planeten, vilket avsevärt förbättrar dess vinkelupplösning. Arbetet inkluderar utveckling och driftsättning av submillimeter dubbelpolariseringsmottagare, mycket stabila frekvensstandarder för att möjliggöra mycket lång baslinjeinterferometri vid 230–450 GHz, VLBI-backends och -inspelare med högre bandbredd, samt driftsättning av nya submillimeter VLBI-platser.

Varje år sedan den första datafångsten 2006 har EHT-arrayen flyttats för att lägga till fler observatorier till sitt globala nätverk av radioteleskop. Den första bilden av Vintergatans supermassiva svarta hål, Sagittarius A*, förväntades produceras från data tagna i april 2017, men eftersom det inte förekommer några flygningar in eller ut från Sydpolen under australisk vinter (april till oktober), fullständig datauppsättning kunde inte bearbetas förrän i december 2017, när sändningen av data från sydpolsteleskopet anlände.

Data som samlas in på hårddiskar transporteras med kommersiella fraktflygplan (en så kallad sneakernet ) från de olika teleskopen till MIT Haystack Observatory och Max Planck Institute for Radio Astronomy, där data korskorreleras och analyseras på en rutnätsdator gjord. från cirka 800 processorer alla anslutna via ett 40 Gbit/s nätverk.

På grund av covid-19-pandemin, vädermönster och himmelsk mekanik sköts 2020 års observationskampanj upp till mars 2021.

Messier 87*

En serie bilder som representerar den uppnådda förstoringen (som om man försökte se en tennisboll på månen). Börjar i det övre vänstra hörnet och rör sig moturs för att slutligen sluta i det övre högra hörnet.
Bild av M87* genererad från data som samlats in av Event Horizon Telescope
En vy av M87* svart hål i polariserat ljus

Event Horizon Telescope Collaboration tillkännagav sina första resultat vid sex samtidiga presskonferenser världen över den 10 april 2019. Tillkännagivandet innehöll den första direkta bilden av ett svart hål, som visade det supermassiva svarta hålet i centrum av Messier 87, betecknat M87*. De vetenskapliga resultaten presenterades i en serie om sex artiklar publicerade i The Astrophysical Journal Letters . Medurs roterande svart hål observerades i 6σ-regionen.

Bilden gav ett test för Albert Einsteins allmänna relativitetsteori under extrema förhållanden. Studier har tidigare testat allmän relativitet genom att titta på stjärnors och gasmolns rörelser nära kanten av ett svart hål. En bild av ett svart hål för dock observationer ännu närmare händelsehorisonten. Relativitet förutsäger ett mörkt skuggliknande område, orsakat av gravitationsböjning och infångning av ljus, som matchar den observerade bilden. Den publicerade artikeln säger: "Sammantaget överensstämmer den observerade bilden med förväntningarna på skuggan av ett snurrande Kerr-svart hål som förutspåtts av allmän relativitet." Paul TP Ho, EHTs styrelseledamot, sa: "När vi väl var säkra på att vi hade avbildat skuggan kunde vi jämföra våra observationer med omfattande datormodeller som inkluderar fysiken för det skeva rymden, överhettad materia och starka magnetfält. Många av funktionerna av den observerade bilden matchar vår teoretiska förståelse förvånansvärt väl."

Bilden gav också nya mått för massan och diametern på M87*. EHT mätte det svarta hålets massa6,5 ± 0,7 miljarder solmassor och mätte diametern på dess händelsehorisont till cirka 40 miljarder kilometer (270 AU; 0,0013 pc; 0,0042 ly), ungefär 2,5 gånger mindre än skuggan som den kastar, sett i mitten av bilden. Tidigare observationer av M87 visade att den storskaliga strålen lutar i en vinkel på 17° i förhållande till observatörens siktlinje och orienterad mot himlens plan i en positionsvinkel på -72°. Från den förbättrade ljusstyrkan i den södra delen av ringen på grund av den relativistiska strålningen från närmande trattväggsjetstrålning, drog EHT slutsatsen att det svarta hålet, som förankrar strålen, snurrar medurs, sett från jorden. EHT-simuleringar tillåter både prograd och retrograd inre skivrotation med avseende på det svarta hålet, samtidigt som det utesluter noll svarthålsspin med en konservativ minsta jetkraft på 10 42 erg/s via Blandford–Znajek-processen .

Att producera en bild från data från en rad radioteleskop kräver mycket matematiskt arbete. Fyra oberoende team skapade bilder för att bedöma resultatens tillförlitlighet. Dessa metoder innefattade både en etablerad algoritm inom radioastronomi för bildrekonstruktion känd som CLEAN, uppfunnen av Jan Högbom, samt självkalibrerande bildbehandlingsmetoder för astronomi såsom CHIRP-algoritmen skapad av Katherine Bouman med flera. Algoritmerna som till slut användes var en regularized maximum likelihood (RML)-algoritm och CLEAN- algoritmen.

I mars 2020 föreslog astronomer ett förbättrat sätt att se fler av ringarna i den första svarta hålsbilden. I mars 2021 avslöjades ett nytt foto som visar hur det svarta hålet M87 ser ut i polariserat ljus. Detta är första gången astronomer har kunnat mäta polarisation så nära kanten av ett svart hål. Linjerna på fotot markerar orienteringen av polarisationen, som är relaterad till magnetfältet runt skuggan av det svarta hålet.

3C 279

EHT-bild av den arketypiska blazaren 3C 279 som visar en relativistisk jet ner till AGN-kärnan som omger det supermassiva svarta hålet.

I april 2020 släppte EHT de första bilderna med 20 mikrobågsekundersupplösning av den arketypiska blazaren 3C 279 som den observerade i april 2017. Dessa bilder, genererade från observationer under fyra nätter i april 2017, avslöjar ljusa komponenter i ett jetplan vars projektion på observatörsplanet uppvisa uppenbara superluminala rörelser med hastigheter upp till 20 c. Sådan uppenbar superluminal rörelse från relativistiska sändare, såsom en annalkande jetstråle, förklaras av att emissioner som kommer närmare observatören (nedströms längs strålen) och kommer ikapp emissioner som härrör längre från observatören (vid jetbasen) när jetstrålaren fortplantar sig nära hastigheten ljus i små vinklar mot siktlinjen.

Centaurus A

Bild av Centaurus A som visar dess svarta hålsstråle i olika skalor

I juli 2021 släpptes högupplösta bilder av strålen som producerats av det svarta hålet i centrum av Centaurus A. Med en massa runt5,5 × 10 7 M , det svarta hålet är inte tillräckligt stort för att observera sin ring som med Messier M87*, men dess jetstrålning sträcker sig till och med utanför sin värdgalax samtidigt som den stannar som en högkollimerad stråle, vilket är en studiepunkt. Kantljusning av strålen observerades också, vilket skulle utesluta modeller av partikelacceleration som inte kan reproducera denna effekt. Bilden var 16 gånger skarpare än tidigare observationer och använde en 1,3 mm våglängd.

Skytten A*

Skytten A*, svart hål i mitten av Vintergatan

Den 12 maj 2022 avslöjade EHT Collaboration en bild av Sagittarius A*, det supermassiva svarta hålet i mitten av Vintergatans galax . Det svarta hålet är 27 000 ljusår bort från jorden; den är tusentals gånger mindre än M87*. Sera Markoff, medordförande för EHT Science Council, sa: "Vi har två helt olika typer av galaxer och två mycket olika svarta håls massor, men nära kanten av dessa svarta hål ser de otroligt lika ut. Detta säger oss att General Relativiteten styr dessa objekt på nära håll, och alla skillnader vi ser längre bort måste bero på skillnader i materialet som omger de svarta hålen."

Samverkande institut

EHT Collaboration består av 13 intressentinstitut:

Institutioner anslutna till EHT inkluderar:

Referenser

externa länkar