den första bilden någonsin av ett svart hål släpps idag. Denna monumentala prestation möjliggjordes delvis av nyckelledarskap och finansiering från Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian (CfA).
Event Horizon Telescope, eller EHT, är ett globalt utbud av radioteleskop som involverar dussintals institutioner och hundratals forskare. Genombrottsupptäckten av EHT är en bild av Messier 87s (M87s) supermassiva svarta hål i mitten av Virgo-galaxklustret, 55 miljoner ljusår bort. Detta svarta hål innehåller 6,5 miljarder gånger massan av jordens sol.
Sex artiklar publiceras i Astrophysical Journal Letters idag för att beskriva detta banbrytande resultat.
beläget i Cambridge, Massachusetts, är CfA (tidigare Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics) ett samarbete mellan Smithsonian Astrophysical Observatory (SAO) och Harvard College Observatory.
” detta uppfyller vår dröm att ta den första bilden av ett svart hål”, säger Sheperd (Shep) S. Doeleman, chef för EHT på CfA. ”Vi har nu tillgång till ett kosmiskt laboratorium med extrem gravitation där vi kan testa Einsteins teori om allmän relativitet och utmana våra grundläggande antaganden om rum och tid.”
svarta hål är extremt komprimerade kosmiska föremål som innehåller extraordinära mängder massa inom en liten region. Denna massa är höljd av en händelsehorisont, det vill säga gränsen bortom vilken ingenting—inte ens ljus—kan fly från det svarta hålets kraftfulla gravitation.
närvaron av dessa föremål påverkar deras omgivning på extrema sätt, inklusive vridning av rymdtid och uppvärmning av omgivande material till hundratals miljarder grader. Allmän relativitet förutsäger att ett svart hål kommer att kasta en cirkulär skugga på detta ljusa, glödande material. Den nyligen släppta bilden av M87 från EHT avslöjar denna skugga.
” i årtionden har vi studerat hur svarta hål sväljer material och driver galaxernas hjärtan”, säger Ramesh Narayan, professor vid Harvard University och ledare inom EHT-teoriarbete. ”Att äntligen se ett svart hål i aktion, böja sitt närliggande ljus till en ljus ring, är en fantastisk bekräftelse på att supermassiva svarta hål existerar och matchar det utseende som förväntas av våra simuleringar.”
medan astronomer har studerat svarta hål i många år, kräver en bild ett nytt teleskop med oöverträffad upplösning så att den kan upptäcka fina detaljer. För att skapa detta kombinerar EHT signalerna från en rad åtta befintliga teleskop runt om i världen, inklusive Submillimeter Array (SMA), som ligger på Maunakea i Hawai ’ i. som Cfa-ingenjör, Jonathan Weintroub, förklarar: ”upplösningen av EHT beror på separationen mellan teleskopen, benämnd baslinjen, liksom de korta millimetervåglängderna som observerats. Den finaste upplösningen i EHT kommer från den längsta baslinjen, som för M87 sträcker sig från Hawai ’ i till Spanien.”Weintroub, som samordnar EHT: s Instrumentutvecklingsgrupp, tillade: ”För att optimera den långa baslinjens känslighet, vilket möjliggör upptäckter, utvecklade vi ett specialiserat system som lägger samman signalerna från alla tillgängliga SMA-rätter på Maunakea. I detta läge fungerar SMA som en enda EHT-station.”
efter separat inspelning av signalerna vid alla åtta teleskop flyger data till en enda plats för att beräkningsmässigt kombineras till vad som skulle mätas med ett jordstort teleskop. ”EHT registrerar miljontals gigabyte data från många teleskop som inte ursprungligen var utformade för att fungera tillsammans”, säger Lindy Blackburn, som ledde EHT-teamet för databehandling och kalibrering. ”Vi utvecklade flera vägar för att bearbeta och kalibrera data, med hjälp av nya algoritmer för att beräkningsmässigt stabilisera jordens atmosfär och att exakt anpassa signalerna från alla platser inom trillionths av en sekund.”
att förvandla EHT-data till en bild krävde att utveckla nya metoder och procedurer. ”Vi var inte redo att publicera våra bilder förrän efter att ha försökt bryta dem på alla möjliga sätt”, säger Andrew Chael, en Harvard-doktorand vid CfA, som utvecklade ett nytt bildprogrambibliotek för EHT. ”För att bekräfta våra resultat jämförde vi bilder bland fyra oberoende grupper av forskare med tre olika avbildningsmetoder.”Dessa tester designades och leddes av Katie Bouman, en CfA-postdoktor som fick sin doktorsexamen i elektroteknik och datavetenskap. Bouman sa, ” Vi är en smältdegel av astronomer, fysiker, matematiker och ingenjörer, och det var vad som krävdes för att uppnå något som en gång trodde omöjligt.”
Michael Johnson, en CFA-astrofysiker som leder lokala EHT-vetenskapliga och avbildningsinsatser, är upphetsad för framtiden. ”Vår bild avslöjar att detta enorma svarta hål—tillräckligt stort för att uppsluka solsystemet—förankrar en stråle som sträcker sig tiotusentals ljusår. Att expandera EHT kan möjliggöra filmer som avslöjar dynamiken i detta levande system, vilket visar hur strålen drar sin energi från det svarta hålet.”
förutom de som anges ovan har många andra på CfA bidragit på otaliga och ovärderliga sätt. Följande CfA-forskare och ingenjörer är medförfattare till alla sex tidningarna: Mislav Balokovi Baccarat, 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 och Ken Young.
för en lista över biografier för CFA-forskare som arbetar med EHT, besök https://www.cfa.harvard.edu/news/fe2019-01.
EHT och många av dess nyckelforskare finansieras av en blandning av offentliga (dvs., skattebetalare) källor som National Science Foundation (NSF) och Smithsonian samt generositeten hos privata enheter inklusive Templeton Foundation och Gordon and Betty Moore Foundation (GBMF). NSF har finansierat stadig utveckling av EHT under mer än ett decennium, och Smithsonian, administreras genom SAO, har tillhandahållit finansiering i sju år. Doeleman har bidrag från NSF och även från GBMF och John Templeton Foundation. GBMF finansierade viktiga tekniska utvecklingar från och med 2012 och var grundläggande för att bygga SAO-gruppen.
SAO är ett av de 13 intressentinstituten för EHT-styrelsen, och CfA är värd för Array Operations Center for EHT observations. SMA är ett gemensamt projekt mellan Smithsonian och Academia Sinica Institute of Astronomy and Astrophysics (ASIAA) i Taiwan. Grönlands teleskop, finansierat av ASIAA och SAO, gick med i EHT för sin andra observationskörning i April 2018.
för mer information om EHT och detta banbrytande resultat, besök eventhorizontelescope.org och följ @ehtelescope på sociala medier. Webbplatsen för CfA, som är organiserad i sex forskningsavdelningar för att studera universums ursprung, evolution och ultimata öde, är cfa.harvard.edu.
de sex papper som rapporterar dessa resultat i Astrophysical Journal Letters är:
papper I: skuggan av det supermassiva svarta hålet
papper II: Array och Instrumentation
papper III: databehandling och kalibrering
papper IV: avbildning av det centrala supermassiva svarta hålet
papper V: den asymmetriska ringens fysiska ursprung
papper Vi: Skuggan och massan av det centrala svarta hålet
