Sciencemag.cz
Doporučujeme
Test otevřel nové okno ke studiu černých děr. S plnou soustavou by EHT mohl pozorovat detaily o velikosti pouhých 13 mikroarcsekund.
Kolaborace Event Horizon Telescope (EHT) provedla testovací pozorování pomocí soustavy ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) a dalších zařízení, při nichž bylo dosaženo dosud nejvyššího rozlišení ze zemského povrchu [1]. Toho vědci docílili při detekci světla vzdálených galaxií na frekvenci přibližně 345 GHz, což odpovídá vlnové délce 0,87 mm. Kolaborace odhaduje, že v budoucnu budou schopni pořídit snímky černých děr o 50 % detailnější než dosud, a zaměřit se tak na oblast bezprostředně za hranicí blízkých supermasivních černých děr. Budou také moci zobrazit více černých děr než kdy dřív. Nové detekce, které jsou součástí pilotního experimentu, byly dnes zveřejněny v časopise The Astronomical Journal.
Kolaborace EHT zveřejnila v roce 2019 snímky M87*, supermasivní černé díry v centru galaxie M87, a v roce 2022 snímky Sgr A*, černé díry v srdci naší galaxie Mléčné dráhy. Tyto snímky byly získány propojením několika radiových observatoří po celé planetě pomocí techniky zvané interferometrie s velmi dlouhou základnou (VLBI), čímž vznikl jeden virtuální teleskop „o velikosti Země“.
Když chtějí astronomové dosáhnout vyššího rozlišení, obvykle využívají větší teleskopy – nebo větší vzdálenost mezi observatořemi pracujícími jako část interferometru. Protože měl však virtuální dalekohled EHT již velikost Země, další zvýšení rozlišení si žádalo jiný přístup. Tím je pozorovat světlo o kratší vlnové délce.
„S EHT jsme viděli první snímky černých děr na vlnové délce 1,3 mm, ale jasný prstenec, který vzniká ohybem světla gravitačním působením černé díry, byl rozmazaný, protože jsme jej pozorovali na absolutní hranici ostrosti,“ říká jeden z autorů studie Alexander Raymond, který dříve působil jako postdoktorand v Centru pro astrofyziku | Harvard & Smithsonian (CfA) a nyní v Jet Propulsion Laboratory, obojí ve Spojených státech. „Na vlnové délce 0,87 mm budou naše snímky ostřejší a detailnější, což jistě odhalí řadu nových vlastností – těch předpovězených, ale možná i těch nepředpovězených.“
Kolaborace provedla na vlnové délce 0,87 mm testovací pozorování vzdálených jasných galaxií, aby prokázala, že je na ní dokáže pozorovat [2]. Namísto celé soustavy EHT vědci využili dvě menší dílčí soustavy, z nichž obě zahrnovaly ALMA a Atacama Pathfinder EXperiment (APEX) v poušti Atacama v Chile. Evropská jižní observatoř (ESO) je zapojena do obou těchto observatoří – v ALMA je partnerem a APEX spoluprovozuje. Do pozorování byly dále zapojeny 30metrový teleskop IRAM ve Španělsku a NOrthern Extended Millimeter Array (NOEMA) ve Francii, stejně jako Grónský teleskop a Submillimeter Array na Havaji.
V rámci tohoto pilotního experimentu dosáhla kolaborace pozorování s rozlišením až 19 mikroarcsekund, historicky nejvyššího rozlišení z povrchu Země. Zatím se však nepodařilo získat snímky: ačkoli bylo detekováno světlo z několika vzdálených galaxií, počet antén nebyl dostatečný k rekonstrukci obrazu.
Tento technický test otevřel nové okno ke studiu černých děr. S plnou soustavou by EHT mohl pozorovat detaily o velikosti pouhých 13 mikroarcsekund, což odpovídá pozorování víčka od láhve na povrchu Měsíce ze Země. Na vlnové délce 0,87 mm získají astronomové snímky s rozlišením o 50 % vyšším než dříve zveřejněné snímky M87* a SgrA*. Navíc je zde potenciál k pozorování vzdálenějších, menších a slabších černých děr.
Jeden z vedoucích kolaborace EHT Sheperd „Shep“ Doeleman, astrofyzik z CfA a spoluvedoucí studie, říká: „Sledování změn v okolním plynu na různých vlnových délkách nám pomůže vyřešit záhadu, jak černé díry přitahují a akretují hmotu a jak vznikají silné výtrysky, které z nich vychází a dosahují galaktických vzdáleností.“
Tímto testem byla poprvé úspěšně použita technika VLBI na vlnové délce 0,87 mm. Samotné pozorování na vlnové délce 0,87 mm není nic nového, ale použití techniky VLBI na této vlnové délce představovalo výzvu, jejíž překonání vyžadovalo čas a technologický pokrok. Například vodní pára v atmosféře pohlcuje záření na vlnové délce 0,87 mm mnohem více než na 1,3 mm. V kombinaci se stále výraznějšími atmosférickými turbulencemi, nárůstem šumu na kratších vlnových délkách a nestálosti globálních povětrnostních podmínek během pozorování citlivých na atmosféru je pokrok v oblasti kratších vlnových délek pro VLBI – zejména těch, které překračují bariéru do submilimetrového režimu – pomalý. S těmito novými detekcemi se to však změnilo.
„Pozorování na vlnové délce 0,87 mm jsou průlomová, protože otevírají nové pozorovací okno pro studium supermasivních černých děr“ uvádí Thomas Krichbaum, spoluautor studie z německého Institutu Maxe Plancka pro radioastronomii, instituce, která provozuje teleskop APEX společně s ESO. A dodává: „V budoucnu umožní kombinace dalekohledů IRAM ve Španělsku a NOEMA ve Francii s dalekohledy ALMA a APEX zobrazit ještě menší a slabší záření, než bylo dosud možné, a to na dvou vlnových délkách – 1,3 mm a 0,87 mm- současně.“
Poznámky
[1] Existují astronomická pozorování s vyšším rozlišením, ale ta byla získána kombinací signálů z pozemních teleskopů s teleskopem ve vesmíru: https://www.mpifr-bonn.mpg.de/pressreleases/2022/2. Dnes zveřejněná nová pozorování jsou pozorováními s nejvyšším rozlišením, která kdy byla získána pouze pomocí pozemních dalekohledů.
