Event Horizon Telescope (EHT) -yhteistyöverkosto on tehnyt testihavaintoja Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) -teleskoopilla ja muilla havaintolaitteilla, joiden avulla on saavutettu suurin Maan pinnalta havaittu erotuskyky[1]. Suuri tarkkuus saavutettiin havaitsemalla kaukaisista galakseista peräisin olevaa valoa noin 345 GHz:n taajuudella, joka vastaa 0,87 mm:n aallonpituutta. Yhteistyöverkosto arvioi, että tulevaisuudessa he pystyvät ottamaan 50 prosenttia aiempaa tarkempia kuvia mustista aukoista, jolloin supermassiivisten mustien aukkojen rajojen ulkopuolella välittömässä läheisyydessä oleva alue erottuu paremmin. Lisäksi tutkijat pystyvät myös kuvaamaan useampia mustia aukkoja mitä toistaiseksi on havaittu. Uudet havainnot ovat osa pilottikokeilua, ja ne julkaistiin tänään The Astronomical Journal -lehdessä.
Tutkimukseen osallistuivat seuraavat havaintoyksiköt: Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) ja Atacama Pathfinder EXperiment (APEX) Chilessä, 30-metrinen IRAM-teleskooppi (30-M) Espanjassa ja NOrthern Extended Millimeter Array (NOEMA) Ranskassa sekä Grönlannin teleskooppi (Greenland Telescope, GLT) ja Submillimeter Array (SMA) Havaijilla. ESO on ALMA:n kumppani sekä APEX:in isäntä ja yhteistyökumppani. Kuva ESO/M. Kornmesser.
EHT-yhteistyöverkosto julkaisi kuvia M87*:stä, M87-galaksin keskellä olevasta supermassiivisesta mustasta aukosta, vuonna 2019, ja Sgr A*:sta, Linnunradan keskustassa olevasta mustasta aukosta, vuonna 2022. Nämä kuvat saatiin liittämällä useat eri radio-observatoriot eri puolilla planeettaa yhdeksi ”Maan kokoiseksi” virtuaaliteleskoopiksi VLBI-menetelmää (Very Long Baseline Interferometry) käyttäen.
Tähtitieteilijät käyttävät yleensä suuria teleskooppeja
ottaakseen tarkkoja kuvia, tai hyödyntävät havainnoissa observatorioiden
välistä suurempaa keskinäistä etäisyyttä interferometria-menetelmää käyttäen.
Koska EHT on jo Maan kokoinen, niin maanpäällisten havaintojen resoluution
lisääminen vaati toisenlaista lähestymistapaa. Parantaakseen teleskoopin
resoluutiota voidaan havaita lyhyemmällä aallonpituudella, ja juuri näin
EHT-yhteistyöverkosto on nyt tehnyt.
”Otimme ensimmäiset EHT:n kuvat mustista
aukoista 1,3 millimetrin aallonpituudella, mutta näkemämme kirkas rengas, joka
muodostui mustan aukon gravitaation taivuttamasta valosta, näytti edelleen
epäselvältä, koska kuvien terävyyden ehdoton yläraja oli saavutettu”, sanoi
tutkimusta johtanut Alexander Raymond, joka on aiemmin työskennellyt
postdoc-tutkijana Harvardin ja Smithsonianin astrofysiikan keskuksessa (CfA, Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian) ja
nykyisin hän työskentelee Yhdysvalloissa sijaitsevassa Jet Propulsion
Laboratory'ssa. ”Käyttämällä 0.87 millimetrin havaintoja
kuvistamme tulee terävämpiä ja yksityiskohtaisempia, mikä puolestaan
todennäköisesti paljastaa kohteista uusia ominaisuuksia, sekä aiemmin
ennustettuja että ehkä myös ennustamattomia”.
Osoittaakseen, että havainnot 0,87 mm:n aallonpituudella
ovat mahdollisia, ryhmä teki koehavaintoja kaukaisista, kirkkaista galakseista
kyseisellä aallonpituudella[2]. Sen
sijaan, että he olisivat käyttäneet koko EHT-verkostoa, he käyttivät kahta
pienempää aliryhmää, joihin molempiin Atacaman autiomaassa Chilessä sijaitsevat
ALMA ja Atacama Pathfinder EXperiment (APEX) kuuluivat. Euroopan
eteläinen observatorio (ESO) on ALMA:n yhteistyökumppani, ja se isännöi ja
tekee yhteistyötä APEX:in kanssa. Muita mukana olleita havaintolaitteita ovat
30-metrinen IRAM-teleskooppi Espanjassa ja NOrthern Extended
Millimeter Array (NOEMA) Ranskassa sekä Grönlannin teleskooppi ja Submillimeter
Array Havaijilla.
Tässä pilottikokeessa ryhmä pystyi havainnoissa saavuttamaan
jopa 19 mikrokaarisekunnin tarkkuuden, mikä tarkoittaa kaikkien aikojen
korkeinta resoluutiota Maan pinnalta tehdyissä havainnoissa. He eivät
kuitenkaan ole vielä pystyneet muodostamaan kuvia. Vaikka he havaitsivat
useiden kaukana sijaitsevien galaksien valoa, he eivät käyttäneet riittävästi
antenneja, jotta datasta olisi voinut rekonstruoida kuvan tarkasti.
Tämä tekninen testi on avannut uuden havaintoikkunan mustien
aukkojen tutkimiseen. Kaikkien ryhmään kuuluvien havaintolaitteiden avulla EHT
pystyi näkemään jopa 13 mikrokaarisekunnin suuruisia yksityiskohtia, mikä
vastaa pullonkorkin erottamista Kuussa Maasta katsottuna. Tämä tarkoittaa, että
0,87 mm:n havainnoilla saadaan kuvia, joiden resoluutio on noin 50 %
suurempi kuin aiemmin julkaistuissa M87*:n ja SgrA*:n 1.3 mm:n
kuvissa. Lisäksi on mahdollista havaita kaukaisempia, pienempiä ja himmeämpiä
mustia aukkoja kuin ne kaksi, joita verkosto on tähän mennessä kuvannut.
EHT:n johtaja (Founding Director) Sheperd ”Shep” Doeleman,
CfA:n astrofyysikko ja tutkimuksen toinen johtaja, sanoi: ”Ympäröivän
kaasun muutosten tarkastelu eri aallonpituuksilla auttaa meitä ratkaisemaan
mysteerin siitä, miten mustat aukot vetävät puoleensa ja keräävät ainetta, ja
miten ne saavat aikaiseksi voimakkaita suihkuja, jotka ulottuvat galaktisiin
etäisyyksiin”.
Tämä on ensimmäinen kerta, kun VLBI-tekniikkaa on pystytty
käyttämään 0,87 mm:n aallonpituudella. Vaikka yötaivaan havainnointi tällä
aallonpituudella oli mahdollista jo aikaisemmin, VLBI-tekniikan soveltamiseen on
aina liittynyt haasteita, joiden voittaminen on vaatinut aikaa ja teknistä
kehitystä. Esimerkiksi ilmakehän vesihöyry absorboi säteilyä 0,87 mm:n
aallonpituudella paljon enemmän kuin 1,3 mm:n aallonpituudella, mikä vaikeuttaa
radioteleskooppien mahdollisuuksia havaita mustia aukkoja lyhyellä
aallonpituudella. Kun tämä yhdistetään yhä voimakkaampaan ilmakehän
turbulenssiin ja kohinan lisääntymiseen lyhyillä aallonpituuksilla, sekä
kyvyttömyyteen kontrolloida maailmanlaajuisia sääolosuhteita ilmakehän kannalta
herkkien havaintojen aikana, VLBI:n siirtyminen lyhyemmille aallonpituuksille
on ollut hidasta erityisesti siirryttäessä alimillimetrialueelle. Näiden
uusien havaintojen myötä tilanne on kuitenkin muuttunut.
”Nämä VLBI-havainnot 0,87 mm:n aallonpituudella ovat
uraauurtavia, sillä ne avaavat uuden havaintoikkunan supermassiivisten mustien
aukkojen tutkimiselle”, totesi Thomas Krichbaum, yksi tutkimuksen
kirjoittajista Saksan Max Planck Institute for Radio
Astronomy -instituutista, joka operoi APEX-teleskooppia yhdessä ESO:n
kanssa. Hän lisäsi: ”Tulevaisuudessa Espanjassa (IRAM-30m) ja Ranskassa
(NOEMA) sijaitsevien IRAM-teleskooppien yhdistäminen ALMA:nn ja APEX:in kanssa
mahdollistaa vielä pienempien ja himmeämpien kohteiden kuvaamisen
samanaikaisesti kahdella aallonpituudella 1,3 mm ja 0,87 mm, mikä tähän asti ei
ole ollut mahdollista”.
Viitaukset
[1] Suuremman resoluution tähtitieteen
havaintoja on kyllä tehty aikaisemmin, mutta ne on saatu yhdistämällä Maan
pinnalla olevien teleskooppien havainnot avaruudessa olevan teleskoopin
havaintojen kanssa: https://www.mpifr-bonn.mpg.de/pressreleases/2022/2.
Tänään julkaistut uudet havainnot ovat korkeimman resoluution havainnot, jotka
on koskaan saatu pelkästään maanpäällisillä teleskoopeilla.
[2] Testatakseen havaintojaan
EHT-yhteistyöverkosto kohdisti antennit hyvin kaukaisiin ”aktiivisiin”
galakseihin, joiden ytimissä on supermassiivisia mustia aukkoja, ja jotka ovat
hyvin kirkkaita. Tällaiset lähteet ovat apuna havaintojen kalibroinnissa ennen
kuin EHT suunnataan himmeämpiin kohteisiin, kuten läheisiin mustiin aukkoihin.
Ei kommentteja:
Lähetä kommentti