dziś ukazuje się pierwszy w historii obraz czarnej dziury. To monumentalne osiągnięcie było możliwe, częściowo, dzięki kluczowemu kierownictwu i finansowaniu z Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian (CFA).
Event Horizon Telescope, lub EHT, jest globalną siecią radioteleskopów angażujących dziesiątki instytucji i setki naukowców. Przełomowym odkryciem EHT jest obraz supermasywnej czarnej dziury Messiera 87 (M87) w centrum gromady galaktyk Virgo, oddalonej o 55 milionów lat świetlnych. Ta czarna dziura zawiera 6,5 miliarda mas Ziemi słońca.
w czasopiśmie Astrophysical Letters publikowanych jest sześć artykułów, aby opisać ten przełomowy wynik.
CFA (dawniej Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics) – Centrum Astrofizyczne położone w Cambridge, w stanie Massachusetts, we współpracy z Smithsonian Astrophysical Observatory (SAO) i Harvard College Observatory.
„to spełnia nasze marzenie, aby zrobić pierwsze zdjęcie czarnej dziury”, powiedział Sheperd (Shep) S. Doeleman, dyrektor EHT w CfA. „Mamy teraz dostęp do kosmicznego laboratorium ekstremalnej grawitacji, gdzie możemy przetestować teorię ogólnej teorii względności Einsteina i zakwestionować nasze podstawowe założenia dotyczące przestrzeni i czasu.”
czarne dziury są ekstremalnie skompresowanymi obiektami kosmicznymi zawierającymi Nadzwyczajne ilości masy w maleńkim obszarze. Masa ta jest osłonięta horyzontem zdarzeń, czyli granicą, za którą nic—nawet światło-nie może uciec z potężnego przyciągania grawitacyjnego czarnej dziury.
obecność tych obiektów wpływa na ich otoczenie w ekstremalny sposób, w tym wypaczając czasoprzestrzeń i ogrzewając otaczający materiał do setek miliardów stopni. Ogólna teoria względności przewiduje, że czarna dziura rzuci okrągły cień na ten jasny, świecący materiał. Nowo wydany obraz M87 z EHT ujawnia ten cień.
„przez dziesięciolecia badaliśmy, jak czarne dziury połykają materiał i zasilają serca galaktyk”, powiedział Ramesh Narayan, profesor Uniwersytetu Harvarda i lider w dziedzinie teorii EHT. „Wreszcie zobaczyć czarną dziurę w akcji, zginając jej pobliskie światło w jasny pierścień, jest zapierającym dech w piersiach potwierdzeniem, że supermasywne czarne dziury istnieją i pasują do wyglądu oczekiwanego z naszych symulacji.”
chociaż astronomowie badali czarne dziury przez wiele lat, wykonanie obrazu wymaga nowego teleskopu o niespotykanej dotąd rozdzielczości, aby mógł wykryć drobne szczegóły. Aby to stworzyć, EHT łączy sygnały z tablicy ośmiu istniejących teleskopów na całym świecie, w tym Submillimeter Array (SMA), znajdującej się na Maunakea na Hawajach. jak wyjaśnia inżynier CfA, Jonathan Weintroub: „rozdzielczość EHT zależy od separacji między teleskopami, określanej jako linia bazowa, a także od obserwowanych krótkich milimetrowych długości fal radiowych. Najlepsza rozdzielczość w EHT pochodzi z najdłuższej linii bazowej, która dla M87 rozciąga się od Hawai ’ i do Hiszpanii.”Weintroub, który koordynuje grupę rozwoju instrumentów EHT, dodał:” aby zoptymalizować długą czułość linii bazowych, umożliwiając wykrywanie, opracowaliśmy wyspecjalizowany system, który sumuje sygnały ze wszystkich dostępnych dań SMA na Maunakea. W tym trybie SMA działa jako pojedyncza stacja EHT.”
po oddzielnie zarejestrowaniu sygnałów we wszystkich ośmiu teleskopach, dane są przesyłane do jednego miejsca, aby być obliczeniowo połączone w to, co będzie mierzone przez teleskop wielkości Ziemi. „EHT rejestruje miliony gigabajtów danych z wielu teleskopów, które nie były pierwotnie zaprojektowane do współpracy”, powiedział Lindy Blackburn, który kierował zespołem EHT ds. przetwarzania i kalibracji danych. „Opracowaliśmy wiele ścieżek przetwarzania i kalibracji danych, wykorzystując nowe algorytmy do obliczeniowej stabilizacji atmosfery ziemskiej i precyzyjnego wyrównania sygnałów ze wszystkich miejsc w bilionowych częściach sekundy.”
przekształcenie danych EHT w obraz wymagało opracowania nowych metod i procedur. „Nie byliśmy gotowi na publikację naszych obrazów, dopóki nie spróbowaliśmy ich złamać w każdy możliwy sposób”, powiedział Andrew Chael, absolwent Harvardu w CfA, który opracował nową bibliotekę oprogramowania do obrazowania dla EHT. „Aby potwierdzić nasze wyniki, porównaliśmy obrazy między czterema niezależnymi grupami naukowców przy użyciu trzech różnych metod obrazowania.”Testy te zostały zaprojektowane i prowadzone przez Katie Bouman, postdoc CfA, która otrzymała doktorat z elektrotechniki i Informatyki. Bouman powiedział: „Jesteśmy tyglem astronomów, fizyków, matematyków i inżynierów, i to właśnie było potrzebne, aby osiągnąć coś, co kiedyś wydawało się niemożliwe.”
Michael Johnson, astrofizyk z CfA, który kieruje lokalnymi badaniami i obrazowaniem EHT, jest podekscytowany przyszłością. „Nasz obraz pokazuje, że ta ogromna czarna dziura—wystarczająco duża, aby pochłonąć układ słoneczny—zakotwicza odrzutowiec, który rozciąga się na dziesiątki tysięcy lat świetlnych. Rozszerzenie EHT może umożliwić filmy, które ujawnią dynamikę tego żywego systemu, pokazując, w jaki sposób strumień czerpie energię z czarnej dziury.”
oprócz tych wymienionych powyżej, wiele innych w CfA przyczyniło się w niezliczony i bezcenny sposób. Następujący naukowcy i inżynierowie CfA są współautorami wszystkich sześciu prac: Mislav Baloković, Lindy Blackburn, Katie Bouman, Roger Brissenden, Andrew Chael, Shep Doeleman, Joseph Farah, Mark Gurwell, David James, Michael Johnson, Garrett Keating, Jim Moran, Ramesh Narayan, Daniel Palumbo, Nimesh Patel, Dominic Pesce, Alexander W. Raymond, Jonathan Weintroub, Maciek Wielgus i Ken Young.
lista biografii naukowców pracujących nad EHT znajduje się na stronie https://www.cfa.harvard.edu/news/fe2019-01.
EHT i wielu jego kluczowych naukowców jest finansowanych przez mieszankę społeczeństwa (tj., podatnik) źródła takie jak National Science Foundation (NSF) i Smithsonian, a także hojność podmiotów prywatnych, w tym Fundacji Templetona i Fundacji Gordona i Betty Moore (GBMF). NSF finansuje stały rozwój EHT przez ponad dekadę, a Smithsonian, administrowany przez SAO, zapewnia finansowanie przez siedem lat. Doeleman ma granty z NSF, a także z GBMF i Fundacji Johna Templetona. GBMF finansowało kluczowe zmiany techniczne począwszy od 2012 roku i było podstawą do budowy SAO group.
SAO jest jednym z 13 instytutów zainteresowanych członków Rady EHT, a CfA jest gospodarzem Array Operations Center for EHT observations. SMA jest wspólnym projektem Smithsonian i Academia Sinica Institute of Astronomy and Astrophysics (asiaa) na Tajwanie. Teleskop grenlandzki, finansowany przez ASIAA i SAO, dołączył do EHT na swój drugi bieg obserwacyjny w kwietniu 2018 roku.
aby uzyskać więcej informacji na temat EHT i tego przełomowego wyniku, odwiedź eventhorizontelescope.org i śledź @ehtelescope w mediach społecznościowych. Strona internetowa CfA, która jest podzielona na sześć działów badawczych, aby badać pochodzenie, ewolucję i ostateczne losy wszechświata, jest cfa.harvard.edu.
sześć artykułów zgłaszających te wyniki w Astrophysical Journal Letters to:
Referat I: cień supermasywnej czarnej dziury
Referat II: tablica i oprzyrządowanie
Referat III: przetwarzanie danych i kalibracja
Referat IV: obrazowanie centralnej supermasywnej czarnej dziury
papier v: fizyczne pochodzenie pierścienia asymetrycznego
Papier Vi: Cień i masa Centralnej Czarnej Dziury
