Ο Ορίζοντας Γεγονότων φωτογραφίζει τον ορίζοντα γεγονότων

Το τηλεοπτικό τηλεσκόπιο Horizon Event (EHT) – μια πλατφόρμα κλίμακας οκτώ επίγειων ραδιοτηλεσκόπιων που δημιουργήθηκε μέσω της διεθνούς συνεργασίας – σχεδιάστηκε για να καταγράψει εικόνες μιας μαύρης τρύπας. Σήμερα, σε συντονισμένες συνεντεύξεις Τύπου σε ολόκληρο τον κόσμο, οι ερευνητές της EHT αποκαλύπτουν ότι κατάφεραν να αποκαλύψουν την πρώτη άμεση οπτική απόδειξη μιας υπερμεγέθους μαύρης τρύπας και της σκιάς της.

Αυτή η ανακάλυψη ανακοινώθηκε σήμερα σε μια σειρά από έξι δημοσιεύσεις που δημοσιεύθηκαν σε ένα ειδικό τεύχος του The Astrophysical Journal Letters . Η εικόνα αποκαλύπτει τη μαύρη τρύπα στο κέντρο του Messier 87 [1] , έναν τεράστιο γαλαξία στο κοντινό σύμπλεγμα γαλαξιών Παρθένος. Αυτή η μαύρη τρύπα κατοικεί 55 εκατομμύρια έτη φωτός από τη Γη και έχει μάζα 6,5 δισεκατομμυρίων φορές εκείνη του Ήλιου [2] .

Το EHT συνδέει τα τηλεσκόπια σε όλο τον πλανήτη για να σχηματίσουν ένα πρωτοφανές εικονικό τηλεσκόπιο μεγέθους Γης [3] . Η EHT προσφέρει  ένα νέο τρόπο για να μελετήσουμε τα πιο ακραία αντικείμενα στο Σύμπαν που προβλέφθηκαν από Αϊνστάιν της γενικής σχετικότητας κατά τη διάρκεια της εκατονταετηρίδας έτος του ιστορικού πειράματος που επιβεβαίωσε για πρώτη φορά την θεωρία [4] .

» Έχουμε πάρει την πρώτη εικόνα μιας μαύρης τρύπας «, δήλωσε ο διευθυντής του προγράμματος EHT Sheperd S. Doeleman του Κέντρου Αστροφυσικής | Harvard & Smithsonian. » Αυτό είναι ένα εξαιρετικό επιστημονικό έργο που επιτεύχθηκε από μια ομάδα περισσότερων από 200 ερευνητών » .

Οι μαύρες τρύπες είναι εξαιρετικά κοσμικά αντικείμενα με τεράστιες μάζες αλλά εξαιρετικά συμπαγή μεγέθη. Η παρουσία αυτών των αντικειμένων επηρεάζει το περιβάλλον τους με ακραίες μεθόδους, στρεβλώνοντας το διάστημα και υπερθερμαίνοντας οποιοδήποτε περιβάλλον υλικό.

» Αν βυθιστούμε σε μια φωτεινή περιοχή, όπως ένα δίσκο λαμπερού αερίου, αναμένουμε μια μαύρη τρύπα να δημιουργήσει μια σκοτεινή περιοχή παρόμοια με μια σκιά – κάτι που προβλέπεται από τη γενική σχετικότητα του Αϊνστάιν που δεν έχουμε ξαναδεί «, εξηγεί η καρέκλα του EHT Συμβούλιο Επιστημών Heino Falcke του Πανεπιστημίου Radboud, Κάτω Χώρες. » Αυτή η σκιά, που προκαλείται από την βαρυτική κάμψη και τη σύλληψη του φωτός από τον ορίζοντα συμβάντων, αποκαλύπτει πολλά για τη φύση αυτών των συναρπαστικών αντικειμένων και μας επέτρεψε να μετρήσουμε την τεράστια μάζα της μαύρης τρύπας του M87 » .

Πολλαπλές μέθοδοι βαθμονόμησης και απεικόνισης έχουν αποκαλύψει μια δομή που μοιάζει με δακτυλίους με μια σκοτεινή κεντρική περιοχή – τη σκιά της μαύρης τρύπας – η οποία εξακολουθεί να υφίσταται σε πολλές ανεξάρτητες παρατηρήσεις EHT.

«Αφού ήμασταν σίγουροι ότι είχαμε απεικονίσει τη σκιά, θα μπορούσαμε να συγκρίνουμε τις παρατηρήσεις μας με εκτεταμένα μοντέλα υπολογιστών που περιλαμβάνουν τη φυσική του στρεβλωμένου χώρου, της υπερθερμανθείσας ύλης και των ισχυρών μαγνητικών πεδίων.» Πολλά από τα χαρακτηριστικά της παρατηρούμενης εικόνας ταιριάζουν με τη θεωρητική μας κατανόηση εκπληκτικά καλά, »παρατηρεί ο Paul TP Ho, μέλος του διοικητικού συμβουλίου της EHT και διευθυντής του Παρατηρητηρίου της Ανατολικής Ασίας [5] . » Αυτό μας κάνει να είμαστε σίγουροι για την ερμηνεία των παρατηρήσεών μας, συμπεριλαμβανομένης της εκτίμησης της μάζας της μαύρης τρύπας » .

« Η αντιπαράθεση της θεωρίας με τις παρατηρήσεις είναι πάντα μια δραματική στιγμή για έναν θεωρητικό. Ήταν μια ανακούφιση και πηγή υπερηφάνειας για να συνειδητοποιήσουμε ότι οι παρατηρήσεις ταιριάζουν με τις προβλέψεις μας τόσο καλά » , ανέφερε ο μέλος του διοικητικού συμβουλίου του EHT Luciano Rezzolla του Goethe Universität, Γερμανία.

Η δημιουργία του EHT ήταν μια τεράστια πρόκληση που απαιτούσε αναβάθμιση και σύνδεση ενός παγκόσμιου δικτύου οκτώ προϋπάρχοντων τηλεσκοπίων που αναπτύχθηκαν σε μια ποικιλία δύσκολων τοποθεσιών υψηλού υψομέτρου. Αυτές οι τοποθεσίες περιλάμβαναν ηφαίστεια στο Hawai’i και το Μεξικό, τα βουνά της Αριζόνα και την ισπανική Σιέρα Νεβάδα, την έρημο Atacama της Χιλής και την Ανταρκτική.

Οι παρατηρήσεις του EHT χρησιμοποιούν μια τεχνική που ονομάζεται ιντερφερόμετρο βασικής γραμμής (VLBI), η οποία συγχρονίζει τις εγκαταστάσεις των τηλεσκοπίων σε όλο τον κόσμο και εκμεταλλεύεται την περιστροφή του πλανήτη μας, σχηματίζοντας ένα τεράστιο τηλεσκόπιο μεγέθους Γης, το οποίο παρατηρεί σε μήκος κύματος 1,3mm. Το VLBI επιτρέπει στο EHT να επιτύχει μια γωνιακή ανάλυση 20 μικροδευτερόλεπτων – αρκετά για να διαβάσει μια εφημερίδα στη Νέα Υόρκη από ένα καφέ στο Παρίσι [6] .

Τα τηλεσκόπια που συνέβαλαν σε αυτό το αποτέλεσμα ήταν τα ALMA , APEX , το τηλεσκόπιο IRAM των 30 μέτρων , το Τηλεσκόπιο James Clerk Maxwell , το Μεγάλο Χιλιομετρικό Τηλεσκόπιο Alfonso Serrano , το Submillimeter Array , το Submillimeter Telescope και το Τηλεσκόπιο South Pole [7] . Πεταβιάτες πρώτων δεδομένων από τα τηλεσκόπια συνδυάστηκαν από εξαιρετικά εξειδικευμένους υπερυπολογιστές που φιλοξένησαν το Ινστιτούτο Ραδιοαστρονομίας του Max Planck και το Παρατηρητήριο Haystack του MIT .

Οι ευρωπαϊκές εγκαταστάσεις και η χρηματοδότηση διαδραμάτισαν καθοριστικό ρόλο σε αυτή την παγκόσμια προσπάθεια, με τη συμμετοχή προηγμένων ευρωπαϊκών τηλεσκοπίων και την υποστήριξη του Ευρωπαϊκού Συμβουλίου Έρευνας – ιδιαίτερα επιχορήγηση ύψους 14 εκατομμυρίων ευρώ για το σχέδιο BlackHoleCam [8] . Η υποστήριξη από την ESO, την IRAM και την κοινωνία Max Planck ήταν επίσης σημαντική. » Αυτό το αποτέλεσμα βασίζεται σε δεκαετίες ευρωπαϊκής εμπειρογνωμοσύνης στην αστρονομία χιλιοστών «, σχολίασε ο Karl Schuster, διευθυντής της IRAM και μέλος του συμβουλίου EHT.

Η κατασκευή του EHT και οι παρατηρήσεις που ανακοινώθηκαν σήμερα αντιπροσωπεύουν το αποκορύφωμα δεκαετιών παρατηρησιακής, τεχνικής και θεωρητικής εργασίας. Αυτό το παράδειγμα παγκόσμιας ομαδικής εργασίας απαιτούσε στενή συνεργασία ερευνητών από όλο τον κόσμο. Δεκατρία ιδρύματα-εταίροι συνεργάστηκαν για τη δημιουργία του EHT, χρησιμοποιώντας τόσο προϋπάρχουσα υποδομή όσο και υποστήριξη από διάφορες υπηρεσίες. Βασική χρηματοδότηση παρείχε το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών των ΗΠΑ (NSF), το Ευρωπαϊκό Συμβούλιο Έρευνας της ΕΕ (ERC) και οι οργανισμοί χρηματοδότησης στην Ανατολική Ασία.

«Η ESO είναι ευτυχής που έχει συμβάλει σημαντικά σε αυτό το αποτέλεσμα μέσω της ευρωπαϊκής ηγεσίας και του κεντρικού ρόλου της σε δύο από τα τηλεσκόπια της EHT που βρίσκονται στη Χιλή – ALMA και APEX «, σχολίασε ο γενικός διευθυντής της ESO Xavier Barcons. «Η ALMA είναι η πιο ευαίσθητη εγκατάσταση στο EHT και οι 66 κεραίες υψηλής ακρίβειας ήταν κρίσιμες για την επιτυχία του EHT. «

» Έχουμε πετύχει κάτι που θεωρείται αδύνατο μόνο πριν από μία γενιά «, κατέληξε ο Doeleman. «Οι καινοτομίες στην τεχνολογία, οι συνδέσεις μεταξύ των καλύτερων ραδιοεπικοινωνιών του κόσμου και οι καινοτόμοι αλγόριθμοι συνενώθηκαν για να ανοίξουν ένα εντελώς νέο παράθυρο στις μαύρες τρύπες και στον ορίζοντα συμβάντων » .

Σημειώσεις

[1] Η σκιά μιας μαύρης τρύπας είναι η πλησιέστερη που μπορούμε να φτάσουμε σε μια εικόνα της ίδιας της μαύρης τρύπας, ενός εντελώς σκοτεινού αντικειμένου από το οποίο δεν μπορεί να ξεφύγει το φως. Το όριο της μαύρης τρύπας – ο ορίζοντας γεγονότος από τον οποίο παίρνει το όνομα του EHT – είναι περίπου 2,5 φορές μικρότερος από τη σκιά που εκπέμπει και μετρά μόλις κάτω από 40 δισεκατομμύρια χιλιόμετρα.

[2] Οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες είναι σχετικά μικροσκοπικά αστρονομικά αντικείμενα – γεγονός που τους καθιστά αδύνατο να παρατηρήσουν άμεσα μέχρι τώρα. Καθώς το μέγεθος του ορίζοντα γεγονότος της μαύρης τρύπας είναι ανάλογο της μάζας του, όσο πιο μαζική είναι μια μαύρη τρύπα, τόσο μεγαλύτερη είναι η σκιά. Χάρη στην τεράστια μάζα και τη σχετική εγγύτητά του, η μαύρη τρύπα του M87 προβλεπόταν να είναι μία από τις μεγαλύτερες από τη Γη, καθιστώντας τον τέλειο στόχο για το EHT.

[3] Παρόλο που τα τηλεσκόπια δεν είναι σωματικά συνδεδεμένα, είναι σε θέση να συγχρονίσουν τα καταγεγραμμένα δεδομένα τους με ατομικά ρολόγια – υδρογόνες – που ακριβώς χρονολογούν τις παρατηρήσεις τους. Αυτές οι παρατηρήσεις συλλέχθηκαν σε μήκος κύματος 1,3 mm κατά τη διάρκεια μιας παγκόσμιας εκστρατείας του 2017. Κάθε τηλεσκόπιο του EHT παρήγαγε τεράστιες ποσότητες δεδομένων – περίπου 350 terabytes ημερησίως – τα οποία φυλάσσονταν σε σκληρούς δίσκους υψηλής απόδοσης ηλίου. Αυτά τα δεδομένα μεταφέρθηκαν σε πολύ εξειδικευμένους υπερυπολογιστές – γνωστούς ως συσχετιστές – στο Ινστιτούτο Ραδιοαστρονομίας του Max Planck και στο Παρατηρητήριο MIT Haystack . Στη συνέχεια μετατράπηκαν με προσοχή σε μια εικόνα χρησιμοποιώντας νέα υπολογιστικά εργαλεία που αναπτύχθηκαν από τη συνεργασία.

Πριν από 100 χρόνια, δύο αποστολές ξεκίνησαν για το νησί Principe στα ανοικτά των ακτών της Αφρικής και Sobral στη Βραζιλία για να παρατηρήσουν την ηλιακή έκλειψη του 1919 , με στόχο τη δοκιμή της γενικής σχετικότητας, βλέποντας εάν το αστέρι θα κάμπτεται γύρω από το άκρο του ήλιου , όπως προέβλεπε ο Αϊνστάιν. Σε μια echo από αυτές τις παρατηρήσεις, η EHT έχει στείλει μέλη της ομάδας σε μερικές από τις υψηλότερες και πιο απομονωμένες ραδιοφωνικές εγκαταστάσεις στον κόσμο, για να δοκιμάσουμε και πάλι την αντίληψή μας για τη βαρύτητα.

[5] Ο εταίρος του Παρατηρητηρίου της Ανατολικής Ασίας (EAO) για το έργο EHT αντιπροσωπεύει τη συμμετοχή πολλών περιοχών στην Ασία, όπως η Κίνα, η Ιαπωνία, η Κορέα, η Ταϊβάν, το Βιετνάμ, η Ταϊλάνδη, η Μαλαισία, η Ινδία και η Ινδονησία.

[6] Οι μελλοντικές παρατηρήσεις του EHT θα δουν σημαντικά αυξημένη ευαισθησία με τη συμμετοχή του Παρατηρητηρίου IRAM NOEMA , του Γροιλανδικού Τηλεσκοπίου και του Κορυφαίου Τηλεσκοπίου Kitt .

[7] Η ALMA είναι μια σύμπραξη του Ευρωπαϊκού Νοτίου Παρατηρητηρίου (ESO, η Ευρώπη που εκπροσωπεί τα κράτη μέλη της), του Εθνικού Ιδρύματος Επιστημών των ΗΠΑ (NSF) και των Εθνικών Ινστιτούτων Φυσικών Επιστημών (NINS) της Ιαπωνίας, (ΑΣΙΑΑ, Ταϊβάν), το Ινστιτούτο Αστρονομίας και Αστροφυσικής Academia Sinica (ASIAA, Ταϊβάν) και το Ινστιτούτο Αστρονομίας και Διαστήματος της Κορέας (KASI, Δημοκρατία της Κορέας), σε συνεργασία με τη Δημοκρατία της Χιλής. Το APEX λειτουργεί από την ESO , το τηλεσκόπιο 30 μέτρων λειτουργεί από την IRAM (οι οργανώσεις εταίρων της IRAM είναι MPG (Γερμανία), CNRS (Γαλλία) και IGN (Ισπανία)), το James Clerk Maxwell Telescopeλειτουργεί το ΕΑΟ , το Μεγάλο Χιλιοστόμετρο Alfonso Serrano λειτουργεί από το INAOE και το UMass , το Submillimeter Array λειτουργεί από την SAO και την ASIAA και το Τηλεσκόπιο Submillimeter λειτουργεί από το Αριζόνα Ραδιοφωνικό Παρατηρητήριο (ARO). Το τηλεχειριστήριο του νότιου πόλου λειτουργεί από το Πανεπιστήμιο του Σικάγο με εξειδικευμένα όργανα EHT που παρέχονται από το Πανεπιστήμιο της Αριζόνα.

[8] Το BlackHoleCam είναι ένα έργο χρηματοδοτούμενο από την ΕΕ για την απεικόνιση, μέτρηση και κατανόηση των αστροφυσικών μαύρων οπών. Ο κύριος στόχος του BlackHoleCam και του Τηλεσκοπίου Horizon Event (EHT) είναι να κάνει τις πρώτες εικόνες της μαύρης τρύπας των δισεκατομμυρίων ηλιακών μαζών στον κοντινό γαλαξία M87 και του μικρότερου ξαδέλφου του Τοξότη Α *, της υπερμεγέθης μαύρης τρύπας στο κέντρο της Γαλαξία μας. Αυτό επιτρέπει τον προσδιορισμό της παραμόρφωσης του χωροχρόνου που προκαλείται από μια μαύρη τρύπα με εξαιρετική ακρίβεια.

Περισσότερες πληροφορίες

Η έρευνα αυτή παρουσιάστηκε σε μια σειρά έξι δημοσιεύσεων που δημοσιεύθηκαν σήμερα σε ένα ειδικό τεύχος του The Astrophysical Journal Letters .

Η συνεργασία του EHT περιλαμβάνει περισσότερους από 200 ερευνητές από την Αφρική, την Ασία, την Ευρώπη, τη Βόρεια και τη Νότια Αμερική. Η διεθνής συνεργασία προσπαθεί να καταγράψει τις πιο λεπτομερείς εικόνες μαύρης τρύπας δημιουργώντας ένα εικονικό τηλεσκόπιο μεγέθους Earth. Υποστηριζόμενο από σημαντικές διεθνείς επενδύσεις, το EHT συνδέει τα υπάρχοντα τηλεσκόπια με νέα συστήματα – δημιουργώντας ένα εντελώς νέο όργανο με την υψηλότερη γωνιακή ικανότητα επίλυσης που έχει επιτευχθεί ακόμα.

Τα μεμονωμένα τηλεσκόπια είναι: ALMA, APEX, Τηλεσκόπιο IRAM 30 μέτρων, Παρατηρητήριο IRAM NOEMA, Τηλεσκόπιο James Clerk Maxwell (JCMT), Τηλεσκόπιο μεγάλου χιλιοστού (LMT), Σειρά Submillimeter (SMA), Τηλεσκόπιο Submillimeter (SMT) Το τηλεσκόπιο (SPT), το Κορυφαίο τηλεσκόπιο Kitt και το τηλεσκόπιο της Γροιλανδίας (GLT).

Η κοινοπραξία EHT αποτελείται από 13 ινστιτούτα ενδιαφερομένων. το Ινστιτούτο Αστρονομίας και Αστροφυσικής Academia Sinica, το Πανεπιστήμιο της Αριζόνα, το Πανεπιστήμιο του Σικάγο, το Παρατηρητήριο της Ανατολικής Ασίας, το Goethe-Universitaet της Φρανκφούρτης, το Institut de Radioastronomie Millimétrique, το Μεγάλο Χιλιομετρικό Τηλεσκόπιο, το Ινστιτούτο Ραδιοαστρονομίας Max Planck, το Παρατηρητήριο MIT Haystack, Το Αστρονομικό Παρατηρητήριο της Ιαπωνίας, το Περιμετρικό Ινστιτούτο Θεωρητικής Φυσικής, το Πανεπιστήμιο Radboud και το Αστροφυσικό Παρατηρητήριο Smithsonian.

Η ESO είναι ο κυριότερος διακυβερνητικός οργανισμός αστρονομίας στην Ευρώπη και το πιο παραγωγικό επίγεια αστρονομικό παρατηρητήριο στον κόσμο. Έχει 16 κράτη μέλη: Αυστρία, Βέλγιο, Τσεχική Δημοκρατία, Δανία, Γαλλία, Φινλανδία, Γερμανία, Ιρλανδία, Ιταλία, Κάτω Χώρες, Πολωνία, Πορτογαλία, Ισπανία, Σουηδία, και με την Αυστραλία ως στρατηγικό εταίρο. Η ESO διεξάγει ένα φιλόδοξο πρόγραμμα εστιασμένο στο σχεδιασμό, την κατασκευή και τη λειτουργία ισχυρών επίγειων εγκαταστάσεων παρατήρησης που επιτρέπουν στους αστρονόμους να πραγματοποιούν σημαντικές επιστημονικές ανακαλύψεις. Η ESO διαδραματίζει επίσης ηγετικό ρόλο στην προώθηση και οργάνωση της συνεργασίας στην αστρονομική έρευνα. Η ESO διαθέτει τρεις μοναδικές τοποθεσίες παρατήρησης παγκόσμιας κλάσης στη Χιλή: La Silla, Paranal και Chajnantor. Στο Paranal, Το ESO χρησιμοποιεί το Πολύ Μεγάλο Τηλεσκόπιο και το παγκοσμίως γνωστό Συμβολόμετρο Πολύ Μεγάλου Τηλεσκοπίου (VLA), καθώς και δύο τηλεσκόπια έρευνας, τα VISTA που λειτουργούν στο υπέρυθρο και το Οπτικό Θέατρο VLT Survey. Επίσης στο Paranal ESO θα φιλοξενήσει και θα λειτουργήσει το Cherenkov Telescope Array South, το μεγαλύτερο και πιο ευαίσθητο παρατηρητήριο ακτίνων γάμμα στον κόσμο. Η ESO είναι επίσης σημαντικός συνεργάτης σε δύο εγκαταστάσεις για το Chajnantor, το APEX και το ALMA, το μεγαλύτερο αστρονομικό έργο που υπάρχει. Και στην Cerro Armazones, κοντά στο Paranal, η ESO κατασκευάζει το εξαιρετικά μεγάλο τηλεσκόπιο 39 μέτρων, το ELT, το οποίο θα γίνει «το μεγαλύτερο μάτι στον κόσμο στον ουρανό». Επίσης στο Paranal ESO θα φιλοξενήσει και θα λειτουργήσει το Cherenkov Telescope Array South, το μεγαλύτερο και πιο ευαίσθητο παρατηρητήριο ακτίνων γάμμα στον κόσμο. Η ESO είναι επίσης σημαντικός συνεργάτης σε δύο εγκαταστάσεις για το Chajnantor, το APEX και το ALMA, το μεγαλύτερο αστρονομικό έργο που υπάρχει. Και στην Cerro Armazones, κοντά στο Paranal, η ESO κατασκευάζει το εξαιρετικά μεγάλο τηλεσκόπιο 39 μέτρων, το ELT, το οποίο θα γίνει «το μεγαλύτερο μάτι στον κόσμο στον ουρανό». Επίσης στο Paranal ESO θα φιλοξενήσει και θα λειτουργήσει το Cherenkov Telescope Array South, το μεγαλύτερο και πιο ευαίσθητο παρατηρητήριο ακτίνων γάμμα στον κόσμο. Η ESO είναι επίσης σημαντικός συνεργάτης σε δύο εγκαταστάσεις για το Chajnantor, το APEX και το ALMA, το μεγαλύτερο αστρονομικό έργο που υπάρχει. Και στην Cerro Armazones, κοντά στο Paranal, η ESO κατασκευάζει το εξαιρετικά μεγάλο τηλεσκόπιο 39 μέτρων, το ELT, το οποίο θα γίνει «το μεγαλύτερο μάτι στον κόσμο στον ουρανό».

Συνδέσεις