Astronomowie ujawniają pierwsze zdjęcie czarnejw sercu naszej galaktyki
Autor: National Radio Astronomy Observatory
Na jednoczesnych konferencjach prasowych na całym świecie, w tym na sponsorowanej przez National Science Foundation konferencji prasowej w AMERYKAŃSKIM National Press Club w Waszyngtonie, D.C., astronomowie ujawnili pierwsze zdjęcie supermasywnej czarnej w centrum naszej własnej galaktyki Drogi Mlecznej. Wynik ten dostarcza przytłaczających dowodów na to, że obiekt jest rzeczywiście czarną i dostarcza cennych wskazówek na temat działania takich olbrzymów, które uważa się za znajdujące się w centrach większości galaktyk. Zdjęcie zostało wykonane przez globalny zespół badawczy o nazwie Event Horizon Telescope (EHT) Collaboration, wykorzystujący obserwacje z ogólnoświatowej sieci radioteleskopów.
Zdjęcie jest długo oczekiwanym spojrzeniem na masywny obiekt, który znajduje się w samym centrum naszej galaktyki. Naukowcy wcześniej widzieli gwiazdy krążące wokół czegoś niewidzialnego, zwartego i bardzo masywnego w centrum Drogi Mlecznej. To silnie sugerowało, że ten obiekt – znany jako Sagittarius A* (Sgr A*, wymawiane sadge-ay-star) – jest czarną, a dzisiejsze zdjęcie dostarcza pierwszych bezpośrednich wizualnych dowodów na to.
Chociaż nie możemy zobaczyć samej czarnej, ponieważ jest ona całkowicie ciemna, świecący gaz wokół niej ujawnia charakterystyczną sygnaturę: ciemny obszar centralny (zwany cieniem) otoczony jasną strukturą podobną do pierścienia. Nowy widok uchwycił światło wygięte przez potężną grawitację czarnej, która jest cztery miliony razy masywniejsza od naszego Słońca.
"Byliśmy oszołomieni tym, jak dobrze rozmiar pierścienia zgadzał się z przewidywaniami z Ogólnej Teorii Względności Einsteina" - powiedział geoffrey Bower, naukowiec projektu EHT z Instytutu Astronomii i Astrofizyki, Academia Sinica, Tajpej. Te bezprecedensowe obserwacje znacznie poprawiły nasze zrozumienie tego, co dzieje się w samym centrum naszej galaktyki i oferują nowy wgląd w to, jak te gigantyczne czarne oddziałują ze swoim otoczeniem. Wyniki zespołu EHT zostały opublikowane w specjalnym wydaniu The Astrophysical Journal Letters.
Ponieważ czarna znajduje się około 27 000 lat świetlnych od Ziemi, wydaje nam się, że ma mniej więcej taki sam rozmiar na niebie jak pączek na Księżycu. Aby to zobrazować, zespół stworzył potężny EHT, który połączył osiem istniejących obserwatoriów radiowych na całej planecie, tworząc pojedynczy wirtualny teleskop "wielkości Ziemi" [1]. EHT obserwował Sgr A* przez wiele nocy, zbierając dane przez wiele godzin z rzędu, podobnie jak przy użyciu długiego czasu ekspozycji w aparacie.
I podobnie jak kamera o dużej mocy, obrazowanie Sgr A* wymagało wsparcia najbardziej czułych instrumentów w radioastronomii. Czułość ta pochodzi z odbiorników 1,3 mm Band 6 na Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), zaprojektowanych przez Central Development Laboratory (CDL) w National Science Foundation's National Radio Astronomy Observatory (NRAO).
Jesteśmy bardzo dumni w CDL, że dostarczyliśmy krytyczną technologię wspierającą to niesamowite odkrycie dzięki współpracy EHT - powiedział Hawkins, dyrektor CDL, który wyjaśnił rolę Band 6 i CDL w umożliwieniu badań i wyników. "Nasz zespół przyczynił się do tego, instalując na ALMA specjalnie zbudowany zegar atomowy i przeprogramowując korelator ALMA, aby teleskop stał się siecią fazowaną. To skutecznie przekształciło teleskop w pojedynczą antenę o efektywnej średnicy 85 metrów – największy element EHT. Ponadto miksery w sercu odbiorników na ALMA, Submillimeter Telescope (SMT) w Arizonie, Large Millimeter Telescope (LMT) w Meksyku i South Pole Telescope (SPT) na Antarktydzie zostały opracowane w CDL wraz z naszymi partnerami z University of Virginia. "
Przełom nastąpił po opublikowaniu w 2019 roku przez EHT pierwszego zdjęcia czarnej, zwanej M87*, w centrum bardziej odległej galaktyki Messier 87.
Obie czarne wyglądają niezwykle podobnie, mimo że czarna w naszej galaktyce jest ponad tysiąc razy mniejsza i mniej masywna niż M87* [2]. Mamy dwa zupełnie różne typy galaktyk i dwie bardzo różne masy czarnych, ale blisko krawędzi tych czarnych wyglądają niesamowicie podobnie mówi Sera Markoff, współprzewodnicząca Rady Naukowej EHT i profesor astrofizyki teoretycznej na Uniwersytecie w Amsterdamie w Holandii. To mówi nam, że Ogólna Teoria Względności rządzi tymi obiektami z bliska, a wszelkie różnice, które widzimy dalej, muszą wynikać z różnic w materii otaczającej czarne.
Osiągnięcie to było znacznie trudniejsze niż w przypadku M87*, mimo że Sgr A* jest nam znacznie bliższy. Naukowiec z EHT, Chi-kwan (CK) Chan, z Steward Observatory and Department of Astronomy i Data Science Institute na University of Arizona, USA, wyjaśnia: Gaz w pobliżu czarnych porusza się z tą samą prędkością – prawie tak szybko jak światło – wokół Sgr A* i M87*. Ale tam, gdzie gaz potrzebuje dni do tygodni, aby okrążyć większą M87*, w znacznie mniejszym Sgr A* kończy orbitę w ciągu zaledwie kilku minut. Oznacza to, że jasność i wzór gazu wokół Sgr A* zmieniał się gwałtownie, gdy EHT Collaboration obserwowała go - trochę tak, jakby próbować zrobić wyraźne zdjęcie szczeniaka szybko goniącego za ogonem. "
Naukowcy musieli opracować wyrafinowane nowe narzędzia, które odpowiadały za ruch gazu wokół Sgr A*. Podczas gdy M87* był łatwiejszym, stabilniejszym celem, a prawie wszystkie obrazy wyglądały tak samo, nie było tak w przypadku Sgr A *. Zdjęcie czarnej Sgr A* jest średnią z różnych zdjęć, które zespół wyodrębnił, ostatecznie ujawniając giganta się w centrum naszej galaktyki po raz pierwszy.
Wysiłek ten był możliwy dzięki pomysłowości ponad 300 naukowców z 80 instytutów na całym świecie, które razem tworzą EHT Collaboration. Oprócz opracowania złożonych narzędzi do przezwyciężenia wyzwań związanych z obrazowaniem Sgr A*, zespół pracował rygorystycznie przez pięć lat, wykorzystując superkomputery do łączenia i analizowania swoich danych, a jednocześnie kompilując bezprecedensową bibliotekę symulowanych czarnych w celu porównania z obserwacjami.
"Ta praca wyraźnie pokazuje krytyczne znaczenie wykorzystania częstotliwości radiowych, milimetrowych i submilimetrowych do zrozumienia najbardziej ekstremalnych środowisk we Wszechświecie" - powiedział Tony Remijan, dyrektor North American ALMA Science Center (NAASC) w NRAO. "Wykorzystanie tych zakresów częstotliwości jest jedynym sposobem na odkrycie unikalnego środowiska otaczającego czarną dziurę, które jest całkowicie zasłonięte na innych częstotliwościach. Dodanie ALMA było również krytyczne dla obserwacji, ponieważ zapewniło niezbędną czułość, aby jednoznacznie dokonać tej obserwacji. Połączenie wszystkich danych z obiektów na całym świecie – z ALMA jako kotwicą dla wszystkich tych obiektów – zapewniło czułość i rozdzielczość potrzebną do dokonania tego typu odkryć. A to dopiero początek. ALMA planuje duży wzrost swojej czułości w następnej dekadzie, co doprowadzi do jeszcze głębszych odkryć czekających na nas we Wszechświecie."
Naukowcy są szczególnie podekscytowani tym, że w końcu mają zdjęcia dwóch czarnych o bardzo różnych rozmiarach, co daje możliwość zrozumienia, w jaki sposób się porównują i kontrastują. Zaczęli również wykorzystywać nowe dane do testowania teorii i modeli zachowania gazu wokół supermasywnych czarnych. Proces ten nie jest jeszcze w pełni zrozumiały, ale uważa się, że odgrywa kluczową rolę w kształtowaniu powstawania i ewolucji galaktyk.
Teraz możemy zbadać różnice między tymi dwiema supermasywnymi czarnymi, aby uzyskać cenne nowe wskazówki na temat działania tego ważnego procesu - powiedział naukowiec EHT Keiichi Asada z Instytutu Astronomii i Astrofizyki Academia Sinica w Tajpej. Mamy zdjęcia dwóch czarnych – jednej na dużym końcu i jednej na małym końcu supermasywnych czarnych we Wszechświecie – dzięki czemu możemy pójść o wiele dalej w testowaniu zachowania grawitacyjnego w tych ekstremalnych środowiskach niż kiedykolwiek wcześniej.
Postęp w EHT trwa: duża kampania obserwacyjna w marcu 2022 r. obejmowała więcej teleskopów niż kiedykolwiek wcześniej. Trwająca rozbudowa sieci EHT i znaczące ulepszenia technologiczne pozwolą naukowcom dzielić się jeszcze bardziej imponującymi obrazami, a także filmami czarnych w najbliższej przyszłości.
W 2021 roku NSF i Zarząd ALMA zatwierdziły wielomilionową modernizację odbiorników Pasma 6 Obserwatorium w ramach Północnoamerykańskiego Programu Rozwoju ALMA. Modernizacja zwiększy ilość i jakość nauki mierzoną w długościach fal od 1,4 mm do 1,1 mm, co zapewni projektom badawczym, takim jak te w EHT, lepszą czułość niż kiedykolwiek wcześniej, a ostatecznie dokładniejsze i bardziej wydajne wyniki naukowe. Ponadto, NEXT Generation Very Large Array (ngVLA) NRAO otrzymał pozytywne wsparcie z przeglądu dekadowego Astro2020. Obecnie, na wczesnym etapie planowania i rozwoju, ngVLA osiągnie cele o wysokim priorytecie w astronomii i astrofizyce i ma stać się ostateczną maszyną do polowania na czarne dziury.
"Te nowe wyniki z EHT są ekscytujące zarówno dlatego, że pokazują nam, jak daleko zaszła już astronomia, jak i dlatego, że potwierdzają, że wciąż jest tak wiele rzeczy, których nie widzieliśmy i nie byliśmy jeszcze w stanie obserwować i badać" - powiedział dr Tony Beasley, dyrektor NRAO. Anteny i oprzyrządowanie, które projektujemy i rozwijamy w NRAO, umożliwiają ten postęp i z niecierpliwością czekamy na dalsze postępy w radioastronomii, które odkryją czarne i inne zjawiska się w zakątkach galaktyki i Wszechświata.
Notatki
[1] Poszczególne teleskopy zaangażowane w EHT w kwietniu 2017 r., kiedy prowadzono obserwacje, to: Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), Atacama Pathfinder Experiment (APEX), 30-metrowy teleskop IRAM, James Clerk Maxwell Telescope (JCMT), Large Millimeter Telescope Alfonso Serrano (LMT), Submillimeter Array (SMA), UArizona Submillimeter Telescope (SMT), Teleskop Bieguna Południowego (SPT). Od tego czasu EHT dodał do swojej sieci Teleskop Grenlandzki (GLT), NOrthern Extended Millimeter Array (NOEMA) i 12-metrowy Teleskop UArizona na Kitt Peak.
ALMA jest partnerstwem Europejskiego Obserwatorium Południowego (ESO; Europa, reprezentująca jej państwa członkowskie), U.S. National Science Foundation (NSF) i National Institutes of Natural Sciences (NINS) Japonii, wraz z National Research Council (Kanada), Ministerstwem Nauki i Technologii (MOST; Tajwan), Academia Sinica Institute of Astronomy and Astrophysics (ASIAA; Tajwan) oraz Koreański Instytut Astronomii i Nauk Kosmicznych (KASI; Republika Korei), we współpracy z Republiką Chile. Joint ALMA Observatory jest obsługiwane przez ESO, Associated Universities, Inc./National Radio Astronomy Observatory (AUI/NRAO) oraz National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ). APEX, współpraca pomiędzy Instytutem Radioastronomii Maxa Plancka (Niemcy), Kosmicznym Obserwatorium Onsala (Szwecja) i ESO, jest obsługiwana przez ESO. 30-metrowy teleskop jest obsługiwany przez IRAM (organizacje partnerskie IRAM to MPG (Niemcy), CNRS (Francja) i IGN (Hiszpania)). JCMT jest obsługiwany przez Obserwatorium Wschodnioazjatyckie w imieniu Centrum Mega-Nauki Astronomicznej Chińskiej Akademii Nauk, NAOJ, ASIAA, KASI, Narodowego Instytutu Badań Astronomicznych Tajlandii oraz organizacji w Wielkiej Brytanii i Kanadzie. LMT jest obsługiwany przez INAOE i UMass, SMA jest obsługiwany przez Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian i ASIAA oraz UArizona SMT jest obsługiwany przez University of Arizona. SPT jest obsługiwany przez University of Chicago ze specjalistycznym oprzyrządowaniem EHT dostarczonym przez University of Arizona.
Teleskop Grenlandzki (GLT) jest obsługiwany przez ASIAA i Smithsonian Astrophysical Observatory (SAO). GLT jest częścią projektu ALMA-Taiwan i jest częściowo wspierany przez Academia Sinica (AS) i MOST. NOEMA jest obsługiwana przez IRAM, a 12-metrowy teleskop UArizona w Kitt Peak jest obsługiwany przez University of Arizona.
[2] Czarne są jedynymi znanymi nam obiektami, w których masa skaluje się wraz z rozmiarami. Czarna tysiąc razy mniejsza od innej jest również tysiąc razy mniej masywna.
O konsorcjum EHT
Konsorcjum EHT składa się z 13 instytutów zainteresowanych stron; Academia Sinica Institute of Astronomy and Astrophysics, University of Arizona, Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian, University of Chicago, East Asian Observatory, Goethe-Universitaet Frankfurt, Institut de Radioastronomie Millimétrique, Large Millimeter Telescope, Max Planck Institute for Radio Astronomy, MIT Haystack Observatory, National Astronomical Observatory of Japan, Perimeter Institute for Theoretical Physics i Radboud University.
O NRAO
National Radio Astronomy Observatory (NRAO) jest placówką National Science Foundation, prowadzoną na podstawie umowy o współpracy przez Associated Universities, Inc.
O ALMA
Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), międzynarodowy obiekt astronomiczny, jest partnerstwem Europejskiej Organizacji Badań Astronomicznych na Półkuli Południowej (ESO), amerykańskiej Narodowej Fundacji Nauki (NSF) i Narodowych Instytutów Nauk Przyrodniczych (NINS) Japonii we współpracy z Republiką Chile. ALMA jest finansowana przez ESO w imieniu państw członkowskich, przez NSF we współpracy z National Research Council of Canada (NRC) i Ministerstwem Nauki i Technologii (MOST) oraz przez NINS we współpracy z Academia Sinica (AS) na Tajwanie i Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI).
Budowa i eksploatacja ALMA są prowadzone przez ESO w imieniu państw członkowskich; przez National Radio Astronomy Observatory (NRAO), zarządzane przez Associated Universities, Inc. (AUI), w imieniu Ameryki Północnej; oraz przez Narodowe Obserwatorium Astronomiczne Japonii (NAOJ) w imieniu Azji Wschodniej. Joint ALMA Observatory (JAO) zapewnia ujednolicone przywództwo i zarządzanie budową, uruchomieniem i eksploatacją ALMA.
Przetlumaczono przez translator Google
za:http://stateofthenation.co/
Brak komentarzy:
Prześlij komentarz