Zespół Teleskop Horyzontu Zdarzeń (ang. Event Horizon Telescope, w skrócie EHT) przeprowadził testowe obserwacje przy pomocy Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) i innych teleskopów, w których osiągnięto najlepszą rozdzielczość kiedykolwiek osiągniętą z powierzchni Ziemi. Udało się tego dokonać dzięki wykryciu światła od odległych galaktyk na częstotliwości około 345 GHz, co odpowiada długości fali 0,87 mm. Projekt szacuje, że w przyszłości będzie można uzyskiwać obrazy czarnych dziur, które są nawet o 50% bardziej szczegółowe niż do tej pory, umożliwiając lepszą ostrość w obszarze tuż za granicą pobliskiej supermasywnej czarnej dziury. Będzie też można otrzymywać więcej obrazów czarnych dziur niż udało się to do tej pory. Nowe detekcje to część pilotażowego eksperymentu, wyniki opublikowano dzisiaj w periodyku The Astronomical Journal.
Zespół EHT Collaboration opublikował w 2019 r. obrazy M87*, supermasywnej czarnej dziury w centrum galaktyki M87, a także w 2022 r. obrazy Sgr A*, czarnej dziury w sercu naszej Drogi Mlecznej. Obrazy te uzyskano łącząc razem wiele obserwatoriów radiowych na całej planecie, przy pomocy techniki zwanej interferometrią wielkobazową (VLBI), aby utworzyć pojedynczy wirtualny teleskop o rozmiarach Ziemi.
W celu uzyskania obrazów o lepszej rozdzielczości, astronomowie zwykle polegają na większych teleskopach – albo na większej odległości pomiędzy obserwatoriami pracującymi jako część interferometru. Ale ponieważ EHT miał już rozmiar Ziemi, zwiększanie rozdzielczości w obserwacjach naziemnych wymagało innego podejścia. Innym sposobem na zwiększenie rozdzielczości teleskopu jest obserwowanie światła o krótszych falach – i właśnie tego dokonano teraz w ramach EHT.
„Przy pomocy EHT zobaczyliśmy pierwsze obrazy czarnych dziur, używając obserwacji na falach 1,3 mm, ale jasny pierścień, który zobaczyliśmy, uformowany przez światło zakrzywione przez grawitację czarnej dziury, nadal wygląda na zamazany, ponieważ byliśmy na absolutnej granicy ostrości, którą mogliśmy uzyskać w obrazach” powiedział Alexander Raymond, współkierujący badaniami, wcześniej stypendysta podoktorski w Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian (CfA), a obecnie zatrudniony w Jet Propulsion Laboratory (obie instytucje w Stanach Zjednoczonych). „Na 0,87 mm nasze obrazy będą ostrzejsze i bardziej szczegółowe, co w efekcie pozwoli ukazać nowe własności, zarówno te, które wcześniej przewidziano, a być może też coś nowego.”
Aby udowodnić, że można uzyskać detekcje na 0,87 mm, projekt przeprowadził na tej długości fali testowe obserwacje odległych, jasnych galaktyk. Zamiast korzystać z pełnej sieci EHT, użyto dwóch mniejszych podsieci, przy czym obie obejmowały ALMA i Atacama Pathfinder EXperiment (APEX) na pustyni Atakama w Chile. Europejskie Obserwatorium Południowe (ESO) jest partnerem ALMA oraz współzarządza APEX. Inne obserwatoria obejmowały 30-metrowy teleskop IRAM w Hiszpanii, NOrthern Extended Millimeter Array (NOEMA) we Francj, a także Greenland Telescope oraz Submillimeter Array na Hawajach.
W pilotażowym eksperymencie, project uzyskał obserwacje z dokładnością 19 mikrosekund. łuku, co oznacza, iż obserwowano z najlepszą rozdzielczością uzyskaną kiedykolwiek z powierzchni Ziemi. Na razie nie udało się uzyskać obrazów. Chociaż dokonano solidnych detekcji światła od kilku odległych galaktyk, to w użyciu nie było wystarczająco dużo anten, aby dokładnie zrekonstruować obraz z uzyskanych danych.
Ten test techniczny otworzył nowe okno dla badać czarnych dziur. Z pełną siecią EHT będzie widzieć szczegóły małe na 13 mikrosekund łuku, co odpowiada zobaczeniu z Ziemi zakrętki od butelki na Księżycu. Oznacza to, że na 0,87 mm będzie można uzyskiwać obrazy o rozdzielczości około 50^ wyższej niż dotychczas opublikowane obrazy M87* i SgrA* na falach 1,3 mm. Co więcej, istnieje potencjał na obserwacje odleglejszych, mniejszych i słabszych czarnych dziur niż do tej pory.
Sheperd “Shep” Doeleman, EHT Founding Director, astrofizyk z CfA I współkieronwnik badan, mówi: “Spojrzenie na zmiany w otaczającym gazie na różnych długościach fali pozwoli nam na rozwiązanie zagadki, w jaki sposób czarne dziury przyciągają i akreują materię i w jaki sposób mogą wystrzeliwać potężne dżety, które rozciągają się na galaktyczne dystanse.”
Jest to pierwszy razy, gdy technika VLBI została z sukcesem użyta na długości fali 0,87 mm. O ile możliwości obserwowania nocnego nieba na tej długości fali istniały wcześniej, nowe detekcje w technice VLBI zawsze stanowiły wyzwane dla tego zakresu, co wymagało czasu i postępu technologicznego, aby je pokonać. Na przykład para wodna w atmosferze absorbuje fale o długości 0,87 mm znacznie bardziej niż na 1,3 mm, co znacznie utrudnia radioteleskopów otrzymywanie sygnałów na krótszych falach od czarnych dziur. W połączeniu z wzrastającymi turbulencjami atmosferycznymi i wzrostem szumu na krótszych falach, a także brakiem możliwości kontrolowani globalnych warunków pogodowych podczas obserwacji czułych na stan atmosfery, postęp w BLVI na krótszych falach – szczególnych tych, które przekraczają barierę w zakres submilimetrowy – był powolny. Ale dzięki nowym detekcjom zmieniło się to.
“Nowe detekcje VLBI na 0,87 mm są przełomowe, ponieważ otwierają nowe okno obserwacyjne dla badań supermasywnych czarnych dziur” wskazuje Thomas Krichbaum, współautor badań z Max Planck Institute for Radio Astronomy w Niemczech, instytucji, która kieruje APEX wspólnie z ESO. Naukowiec dodaje: „W przyszłości, połączenie teleskopów IRAM w Hiszpanii (IRAM-30m) i Francji (NOEMA) z ALMA i APEX pozwoli na uzyskiwanie obrazów jeszcze mniejszych i słabszych emisji, niże było to możliwe do tej pory, jednocześnie dla dwóch długości fali: 1,3 mm i 0,87 mm.
Dostarczone przez ESO