Badacze przeprowadzili obserwacje testowe za pomocą EHT, osiągając najwyższą rozdzielczość, jaką kiedykolwiek uzyskano z powierzchni Ziemi.
Korzystając z Teleskopu Horyzontu Zdarzeń (EHT), astronomowie osiągnęli obserwacje testowe interferometrii o bardzo długiej linii bazowej na częstotliwości 345 GHz, co stanowi najwyższą rozdzielczość takich obserwacji uzyskaną kiedykolwiek z powierzchni Ziemi. Naukowcy szacują, że przełom zaowocuje niezwykłym (o 50%) wzrostem szczegółowości – obrazy czarnych dziur i otaczających je regionów będą ostrzejsze.
W połączeniu z obserwacjami supermasywnych czarnych dziur w sercach M87 i Sgr A na niższej częstotliwości 230 GHz te nowe wyniki pozwolą na uzyskanie wielobarwnych obrazów obszaru bezpośrednio poza granicami tych kosmicznych bestii.
Nowe odkrycia, których dokonali naukowcy z Centrum Astrofizyki Harvard & Smithsonian (CfA), w którego skład wchodzi Smithsonian Astrophysical Observatory (SAO), zostały opublikowane 27 sierpnia 2024 roku w „The Astronomical Journal”.
Dzięki EHT zobaczyliśmy pierwsze obrazy czarnych dziur, wykrywając fale radiowe o częstotliwości 230 GHz. Jednak jasny pierścień, który widzieliśmy, utworzony przez światło zakrzywiające się w grawitacji czarnej dziury, nadal wyglądał na rozmyty, ponieważ byliśmy na absolutnych granicach ostrości, jaką mogliśmy uzyskać obrazy – powiedział współautor artykułu Alexander Raymond z NASA-JPL. Przy częstotliwości 345 GHz nasze obrazy będą ostrzejsze i bardziej szczegółowe, co z kolei prawdopodobnie ujawni nowe właściwości, zarówno te, które były wcześniej przewidywane, jak i być może niektóre, które nie były przewidywane.
EHT to wirtualny teleskop wielkości Ziemi – łączy ze sobą wiele anten radiowych na całym świecie z wykorzystaniem techniki zwanej interferometrią bardzo długiej linii bazowej (VLBI). Aby uzyskać obrazy o wyższej rozdzielczości, astronomowie mają dwie możliwości: zwiększyć odległość między antenami radiowymi lub obserwować z wyższą częstotliwością. Ponieważ EHT jest już wielkości naszej planety, zwiększenie rozdzielczości obserwacji naziemnych wymagało rozszerzenia jego zakresu częstotliwości.
Aby zrozumieć, dlaczego jest to przełomowe odkrycie, należy wziąć pod uwagę ogrom dodatkowych szczegółów, które uzyskuje się po przejściu z czarno-białych zdjęć na kolorowe – powiedział Shepard Doeleman, astrofizyk z CfA i SOA oraz dyrektor-założyciel EHT. To nowe „kolorowe widzenie” pozwala nam oddzielić efekty grawitacji wynikające z teorii Einsteina od gorącego gazu i pól magnetycznych, które zasilają czarne dziury i uruchamiają potężne strumienie, które płyną na galaktyczne odległości.
Pryzmat rozszczepia białe światło na tęczę kolorów, ponieważ różne długości fal światła poruszają się z różnymi prędkościami przez szkło. Jednak grawitacja zakrzywia całe światło w podobny sposób, więc teoria grawitacji Einsteina przewiduje, że rozmiar pierścieni widzianych przez EHT powinien być podobny zarówno przy 230 GHz, jaki i 345 GHz, podczas gdy gorący gaz wirujący wokół czarnych dziur będzie wyglądał inaczej przy tych dwóch częstotliwościach.
To pierwszy raz, kiedy technika VLBI została z powodzeniem wykorzystana na częstotliwości 345 GHz. Możliwość obserwacji nocnego nieba za pomocą pojedynczych teleskopów na częstotliwości 345 GHz istniała już wcześniej, ale wykorzystanie techniki VLBI na tej częstotliwości przez długi czas wiązało się z wyzwaniami, których pokonanie wymagało czasu i postępu technologicznego. Para wodna w atmosferze pochłania fale na częstotliwości 345 GHz znacznie bardziej niż na 230 GHz, osłabiając sygnały z czarnych dziur na wyższej częstotliwości. Kluczem było poprawienie czułości EHT, co wymagało zwiększenia przepustowości instrumentów i dobrej pogody we wszystkich miejscach.
Najlepsze miejsca do obserwacji z Ziemi znajdują się na dużych wysokościach, gdzie przejrzystość i stabilność atmosfery jest optymalna, ale pogoda może być bardziej zmienna – powiedział Nimesh Patel, astrofizyk w CfA i SAO oraz inżynier projektu SMA. Teraz, dzięki systemowi o wysokiej przepustowości, które przetwarzają i przechwytują szersze zakresy widma radiowego, zaczynamy pokonywać podstawowe problemy związane z czułością, takie jak pogoda. Jak dowodzą nowe detekcje, nadszedł właściwy czas, aby przejść na częstotliwość 345 GHz.
Osiągnięcie to stanowi również kolejny krok na drodze do stworzenia wysokiej jakości filmów prezentujących środowisko horyzontu zdarzeń otaczającego czarne dziury, które będą opierać się na ulepszeniach istniejącej globalnej matrycy. Planowany projekt EHT nowej generacji (ngEHT) doda nowe anteny do EHT w zoptymalizowanych lokalizacjach geograficznych i ulepszy istniejące stacje, modernizując je wszystkie do pracy na wielu częstotliwościach od 100 GHz do 345 GHz w tym samym czasie. W wyniku tych i innych modernizacji globalna matryca będzie dostarczać dziesięć razy więcej danych, umożliwiając naukowcom nie tylko tworzenie bardziej szczegółowych obrazów, ale także filmów z udziałem tych gwałtownych kosmicznych bestii.
Udana obserwacja EHT na częstotliwości 345 GHz to kamień milowy w nauce – powiedziała Lisa Kewley, dyrektor CfA i SAO. Przesuwając granice rozdzielczości, osiągamy bezprecedensową przejrzystość w obrazowaniu czarnych dziur, którą obiecaliśmy na początku, i ustalamy nowe standardy naziemnych badań astrofizycznych.
Opracowanie: Agnieszka Nowak
Więcej informacji:
- Event Horizon Telescope Makes Highest-Resolution Black Hole Detections from Earth
- First Very Long Baseline Interferometry Detections at 870 μm
Źródło: CfA
Na ilustracji: Symulowany obraz pokazuje, jak M87* jest widziany przez Event Horizon Telescope (EHT) przy 86 GHz (czerwony), 230 GHz (zielony) i 345 GHz (niebieski). Im wyższa częstotliwość, tym ostrzejszy staje się obraz, ujawniając strukturę, rozmiar i kształt, które wcześniej były mniej widoczne. Źródło: EHT, D. Pesce, A. Chael
