Tapahtumahorisontti-teleskooppi: Maan kokoinen mustareikäinen kamera

Etelänapa -teleskooppi on yksi niistä laitteista, jotka kokoontuivat ympäri maailmaa luomaan virtuaalisen Event Horizon -teleskoopin, joka kohdistui kahteen mustaan ​​reikään.

Etelänapa -teleskooppi on yksi niistä laitteista, jotka kokoontuivat ympäri maailmaa luomaan virtuaalisen Event Horizon -teleskoopin, joka kohdistui kahteen mustaan ​​reikään. (Kuva: Peter Rejcek, National Science Foundation)



Event Horizon Telescope Collaboration on monikansallinen tutkimusprojekti, joka kuvaa mustia aukkoja. Yhteistyö julkaisi kaikkien aikojen ensimmäisen korkean resoluution kuvan mustasta aukosta-Messier 87 -galaksin ytimestä- 10. huhtikuuta 2019 .



Kuva on merkittävä, koska se on ensimmäinen laatuaan, mutta myös siksi, että mustan aukon 'varjon' koko ja muoto ovat yhdenmukaisia ​​Einsteinin yleisen suhteellisuusteorian ennusteiden kanssa.

'Meillä oli epäsuoraa näyttöä [mustista aukoista]', sanoi Feryal Özel, astrofyysikko. Arizonan yliopisto . ”Toistaiseksi voimme sanoa:” Kyllä, teoria ennustaa. ”Özel johtaa projektin mallinnus- ja analyysiryhmää ja on osa sen tiedeneuvostoa.

Yhteistyö perustuu laajaan asiantuntemukseen ja siihen kuuluu yli 200 tutkijaa ja insinööriä, jotka työskentelevät teleskooppien kanssa ympäri maailmaa. Event Horizon Telescope -organisaatioon kuuluu instrumentointiin omistettuja työryhmiä; tietojen keruu ja käsittely; tietojen analysointi; 'tieteen käyttö horisontin lähellä'; 'horisontin ulkopuolella tieteen hyödyntäminen'; sekä tuotteita ja julkaisuja. Ja kussakin näistä laajoista ryhmistä on vielä muita erikoisryhmiä.

Yleisen suhteellisuusteorian testi

Albert Einstein ennusti mustien aukkojen olemassaolon ja käyttäytymisen yli vuosisata sitten osana yleistä suhteellisuusteoriaansa. Mustat aukot ovat äärimmäisiä massapitoisuuksia, joilla on painovoima, joka imee aineen ja jopa vangitsee valon. Tapahtumahorisontti -teleskoopin nimen tapahtumahorisontti viittaa kuviteltuun rajaan, josta mikään valo tai muu säteily ei voi paeta mustan aukon vetoa. Valoon keskittyvän tapahtumahorisontin lisäksi yleinen suhteellisuusteoria ennustaa mustan aukon ympärillä olevalle aineelle paluupistettä.

Tietyssä mielessä Event Horizon Telescope ei voi ottaa kuvia mustista aukoista, mutta se voi kerätä tietoa kaikesta, joka säteilee mustien aukkojen ympärille. Siksi mustan aukon kuvat ovat siluetteja, jotka eivät suoraan näytä mustaa aukkoa, vaan pikemminkin sen vaikutuksia valoon ja sen ympärillä olevaan aineeseen.

Event Horizon -teleskoopin kanssa työskentelevät tutkijat etsivät, kuinka tarkasti Messier 87: n mustan aukon kuva vastaa ennusteita. 'Varjon koko ja muoto -' musta aukko ' - ovat mitä odotimme yleiseltä suhteellisuusteorialta', Özel kertoi demokratija.euille. Toisin sanoen se oli suunnilleen pyöreä ja sen massan kohteen odotettu koko.

Lisähavainnot testaavat näitä ennusteita, vaikka Özel epäilee, että mustan aukon varjon perusulkonäkö tulisi säilyttää ennustettavana jopa eri näkökulmista tai eri aikoina.

Tämä kuva on historiallinen ensimmäinen kuva koskaan supermassiivisesta mustasta aukosta. Se näyttää hirviön mustan aukon varjon kaukaisessa galaksissa M87.

Tämä kuva on historiallinen ensimmäinen kuva koskaan supermassiivisesta mustasta aukosta. Se näyttää hirviön mustan aukon varjon kaukaisessa galaksissa M87.(Kuva: EHT Collaboration)

Planeettakokoinen teleskooppi

Radiokuvan resoluutiota rajoittaa signaalin vastaanottavan teleskoopin koko. Tästä syystä tutkijat ovat rakentaneet antenneja ryhmiin tai matriiseihin niiden toiminnallisen koon lisäämiseksi. Ryhmän useiden teleskooppien tiedot voidaan yhdistää ikään kuin ne olisivat peräisin yhdestä suuremmasta astiasta.

Vaikka mustat aukot ovat erittäin massiivisia, ne ovat myös kompakteja ja hyvin kaukana Maasta. Esimerkiksi Messier 87: n musta aukko on noin 55 miljoonan valovuoden päässä-niin kaukana, että tarvitaan useita teleskooppikohteita ympäri maailmaa korkean resoluution kuvan ottamiseksi. Jokainen teleskooppi voi nähdä pienen osan mustasta aukosta. Yhdessä ne muodostavat maailman kokoisen virtuaalisen kaukoputken.

Vuonna 2017, kun kerättiin tietoja ensimmäisestä Messier 87 -kuvasta, Event Horizon Telescope sisälsi teleskoopin tai teleskooppimatriisit kahdeksasta paikasta maailman ympäri mukaan lukien Havaiji ja Etelänapa. Sittemmin yhteistyöhön on liittynyt vielä kolme kaukoputkea, mikä lisää projektin keräämiä tietoja.

'Haluamme jatkaa teleskooppien lisäämistä joukkoon, jotta toimintamme uskollisuus paranee jatkuvasti', Özel sanoi.

Jokainen teleskooppikohta tallentaa sähkömagneettista säteilyä, joka on koodattu atomikelloilla. Nämä havainnot yhdistetään sitten käyttäen erittäin pitkän aikavälin interferometriaa tai VLBI: tä, joka on tekniikka useiden radiodatan lähteiden synkronoimiseksi ja integroimiseksi. Monimutkaiset laskelmat ottavat huomioon kriittiset yksityiskohdat, kuten maan liikkeen ja pyörimisen.

Tiedot on ommeltu yhteen kuvaksi, joka Özel verrattuna pimeänäkökuvaukseen. Jos mustassa aukossa kiertää liikaa ainetta, se voi myös peittää näkymän, mutta osa tästä vaikeudesta voidaan välttää valitsemalla tarkasti teleskooppien keräämän säteilyn aallonpituus, Özel selitti.

'Se on fiksu ratkaisu, mutta se vaatii paljon tekniikkaa, ihmisvoimaa ja logistiikkaa', hän sanoi.

Massiivinen yritys jatkui

Käynnissä oleva hanke jatkaa tietojen keräämistä radioteleskoopeista, kuvien tuottamista ja niiden vertaamista malleihin. Event Horizon -teleskooppi on kohdistanut myös Linnunradan galaksin keskellä olevaan mustaan ​​aukkoon, Jousimies A* (lausutaan 'Jousimies A-tähti').

Jousimies A* on noin 4 miljoonaa kertaa niin suuri kuin aurinko. Messier 87: n musta aukko on paljon suurempi, noin 6,5 miljardia aurinkomassaa, mutta sen etäisyys on valtava, ja se tarkoittaa, että säteily kesti 55 miljoonaa vuotta päästäkseen projektin kaukoputkiin. Özel korosti, että hankkeen laajuus vaatii edelleen monipuolista asiantuntemusta ja monia yhteistyökumppaneita teknologian kehittämiseksi, tietojen keräämiseksi ja analysoimiseksi.

Lisäresurssit: