Τηλεσκόπιο Ορίζοντα Γεγονότων

Από τη Βικιπαίδεια, την ελεύθερη εγκυκλοπαίδεια
Πήδηση στην πλοήγηση Πήδηση στην αναζήτηση

Το Τηλεσκόπιο Ορίζοντα Γεγονότων (Event Horizon Telescope - EHT) είναι μια μεγάλη συστοιχία τηλεσκοπίων αποτελούμενη από ένα παγκόσμιο δίκτυο ραδιοτηλεσκοπίων. Το έργο της παγκόσμιας συστοιχίας συμβολομετρικών τηλεσκοπίων συνδυάζει δεδομένα από πολλούς επίγειους σταθμούς VLBI (very-long-baseline interferometry stations) γωνιακής ανάλυσης ικανής για παρατήρηση αντικειμένων μεγέθους του ορίζοντα γεγονότων μιας Υπερμεγέθους Μαύρης Τρύπας. Οι στόχοι παρατήρησης του έργου περιλαμβάνουν τις δύο μαύρες τρύπες με τη μεγαλύτερη γωνιακή διάμετρο που παρατηρείται από τη Γη: τη μαύρη τρύπα στο κέντρο του υπεργιγάντιου ελλειπτικού γαλαξία Μεσιέ 87 και του Τοξότη Α *, στο κέντρο του Γαλαξία μας. [1][2]

Την ιδέα οραματίστηκε πρώτος ο Γερμανός ραδιοαστρονόμος Heino Falcke το 1993 [3]. Αργότερα, ήταν συνεπικεφαλής μαζί με τους Michael Kramer και Luciano Rezzolla.[4][5] στο χρηματοδοτούμενο από την Ευρωπαϊκή Ένωση έργο Black Hole Cam, στο οποίο αναπτύχθηκαν οι βασικές θεωρητικές πτυχές της απεικόνισης μαύρης τρύπας με VLBI. Ο σημερινός διευθυντής της συνεργασίας του Τηλεσκοπίου Ορίζοντα Γεγονότων είναι ο Αμερικανός αστροφυσικός Sheperd Doeleman (Πανεπιστήμιο Harvard-Smithsonian CfA), ενώ ο Falcke (Πανεπιστήμιο Radboud Nijmegen) προεδρεύει του επιστημονικού συμβουλίου.[6]

Η πρώτη εικόνα μιας μαύρης τρύπας, στο κέντρο του γαλαξία Messier 87, δημοσιεύθηκε από την Σύμπραξη EHT στις 10 Απριλίου 2019.[7] Η συστοιχία τηλεσκοπίων έκανε αυτή την παρατήρηση σε μήκος κύματος 1,3mm και με θεωρητική, περιοριζόμενη από περίθλαση ανάλυση 25 μικροδευτερόλεπτα τόξου (μas). Τα μελλοντικά σχέδια περιλαμβάνουν τη βελτίωση της ανάλυσης της συστοιχίας με την προσθήκη νέων τηλεσκοπίων και τη λήψη παρατηρήσεων μικρότερου μήκους κύματος.[1][8]

Συστοιχία Τηλεσκοπίων[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Soft X-ray εικόνα του Τοξότη Α * (κέντρο) και δύο ηχώ φωτός από πρόσφατη έκρηξη (κυκλωμένη)

Το EHT αποτελείται από πολλά ραδιο-παρατηρητήρια ή εγκαταστάσεις ραδιοτηλεσκοπίων σε όλο τον κόσμο για να παραχθεί ένα υψηλής ευαισθησίας και υψηλής γωνιακής ανάλυσης τηλεσκόπιο. Μέσω της τεχνικής συμβολομετρίας VLBI (very-long-baseline interferometry) πολλές ανεξάρτητες ραδιο-κεραίες, οι οποίες απέχουν εκατοντάδες ή χιλιάδες χιλιόμετρα μεταξύ τους, μπορούν να χρησιμοποιηθούν συντονισμένα για τη δημιουργία ενός εικονικού τηλεσκοπίου με ενεργό διάμετρο ίση με τη διάμετρο ολόκληρου του πλανήτη. [9] Η προσπάθεια περιλαμβάνει την υλοποίηση και την ανάπτυξη δεκτών διπλής πόλωσης υπο-χιλιοστού (submillimeter), οι οποίοι είναι πολύ σταθερά πρότυπα συχνότητας, ώστε να καταστεί τελικά δυνατή η τεχνική VLBI στα 230-450 GHz, τα VLBI συστήματα υποστήριξης και τα καταγραφικά υψηλότερου εύρους ζώνης, καθώς και η θέση σε λειτουργία νέων υπομονάδων VLBI.[10]

Κάθε χρόνο από την πρώτη συλλογή δεδομένων το 2006, η συστοιχία EHT έχει αναπτυχθεί για να προστεθούν περισσότερα παρατηρητήρια στο παγκόσμιο δίκτυο των ραδιοτηλεσκοπίων. Η πρώτη εικόνα της υπερμεγέθους μαύρης τρύπας του Γαλαξία, στον Τοξότη Α *, αναμενόταν να παραχθεί τον Απρίλιο του 2017,[11][12] αλλά επειδή το Τηλεσκόπιο του Νοτίου Πόλου είναι κλειστό το χειμώνα (Απρίλιο-Οκτώβριο), η αποστολή των δεδομένων καθυστέρησε την επεξεργασία μέχρι τον Δεκέμβριο του 2017 που έφτασαν τελικά τα δεδομένα.[13]

Τα δεδομένα που συλλέγονται σε σκληρούς δίσκους αποθήκευσης μεταφέρονται από εμπορικά αεροσκάφη μεταφοράς εμπορευμάτων[14] (μεταφορά ονομαζόμενη και sneakernet) από τα διάφορα τηλεσκόπια στο παρατηρητήριο Haystack του MIT και στο Ινστιτούτο Ραδιοαστρονομίας του Max Planck, όπου τα δεδομένα αλληλοσυσχετίζονται και αναλύονται σε κατανεμημένα συστήματα υπολογιστών αποτελούμενα από περίπου 800 επεξεργαστές συνδεδεμένων σε δίκτυο 40 Gbit/s.[15]

Μεσιέ 87*[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Η πρώτη εικόνα του ορίζοντα γεγονότων μια μαύρης τρύπας (M87*), όπως λήφθηκε από το Τηλεσκόπιο Ορίζοντα Γεγονότων[16][1][17]

Η σύμπραξη EHT ανακοίνωσε τα πρώτα του αποτελέσματα σε έξι ταυτόχρονες συνεντεύξεις τύπου παγκοσμίως στις 10 Απριλίου 2019.[18] Η ανακοίνωση διέθεσε την πρώτη άμεση εικόνα μιας μαύρης τρύπας, η οποία έδειξε την υπερμεγέθη μαύρη τρύπα στο κέντρο του Μεσιέ 87, που ονομάστηκε M87 *.[1][19][20] Τα επιστημονικά αποτελέσματα παρουσιάστηκαν σε μια σειρά έξι δημοσιεύσεων που δημοσιεύθηκαν στο The Astrophysical Journal Letters.[21]

Η εικόνα έθεσε υπό δοκιμασία τη γενική θεωρία της σχετικότητας του Albert Einstein υπό ακραίες συνθήκες.[9][12] Μελέτες έχουν προηγουμένως θέσει υπό δοκιμασία τη γενική σχετικότητα εξετάζοντας τις κινήσεις των αστεριών και των αερίων νεφών κοντά στα όρια μιας μαύρης τρύπας. Ωστόσο, μια εικόνα μιας μαύρης τρύπας δίνει παρατηρήσεις ακόμη πιο κοντά στον Ορίζοντα Γεγονότων.[22] Η θεωρία της σχετικότητας προβλέπει μια σκοτεινή περιοχή που μοιάζει με σκιά, η οποία προκαλείται από τη βαρυτική κάμψη και τη σύλληψη του φωτός εντός της, η οποία ταιριάζει με την παρατηρούμενη εικόνα. Η δημοσιευμένη έκθεση αναφέρει: "Συνολικά, η παρατηρούμενη εικόνα είναι σύμφωνη με τις προσδοκίες για τη σκιά μιας περιστρεφόμενης μαύρης τρύπας Kerr, όπως προβλέπεται από τη γενική σχετικότητα."[23] Ο Paul T.P. Ο Ho, μέλος του συμβουλίου της EHT, δήλωσε: "Μόλις είμαστε σίγουροι ότι είχαμε απεικονίσει τη σκιά, μπορέσαμε να συγκρίνουμε τις παρατηρήσεις μας με εκτενή υπολογιστικά μοντέλα, τα οποία περιλαμβάνουν τη φυσική στρεβλωμένου χώρου, την υπέρθερμη ύλη και τα ισχυρά μαγνητικά πεδία. Πολλά από τα χαρακτηριστικά της παρατηρούμενης εικόνας ταιριάζουν με τη θεωρητική μας κατανόηση εκπληκτικά καλά".[21]

Η εικόνα παρείχε επίσης νέες μετρήσεις για τη μάζα και τη διάμετρο του M87*. Το EHT μέτρησε τη μάζα της μαύρης τρύπας σε 6,5 ± 0,7 δισεκατομμύρια ηλιακές μάζες και μέτρησε τη διάμετρο του ορίζοντα γεγονότων της να είναι περίπου 40 δισεκατομμύρια χιλιόμετρα 40 billion kilometres (270 AU; 0,0013 pc; 0,0042 ly), περίπου 2,5 φορές μικρότερη από τη σκιά που εκπέμπει, όπως φαίνεται στο κέντρο της εικόνας.[21][22] Από την ασυμμετρία του δακτυλίου, το EHT συνήγαγε ότι η ύλη στην πιο φωτεινή νότια πλευρά του δίσκου κινείται προς τη Γη, τον παρατηρητή. Αυτό βασίζεται στη θεωρία ότι η επερχόμενη ύλη εμφανίζεται πιο φωτεινή λόγω της σχετικιστικής ακτινοβολίας. Προηγούμενες παρατηρήσεις του πίδακα της μαύρης τρύπας έδειξαν ότι ο άξονας περιστροφής της μαύρης τρύπας είναι κεκλιμένος σε γωνία 17° σε σχέση με την γραμμή του βλέμματος του παρατηρητή.[1] Από αυτές τις δύο παρατηρήσεις, το EHT κατέληξε στο συμπέρασμα ότι η μαύρη τρύπα περιστρέφεται δεξιόστροφα, όπως φαίνεται από τη Γη.[1][8]

Η παραγωγή μιας εικόνας από δεδομένα από μια συστοιχία ραδιοτηλεσκοπίων απαίτησε πολλή καινούρια μαθηματική εργασία. Τέσσερις ανεξάρτητες ομάδες δημιούργησαν εικόνες για να αξιολογήσουν την αξιοπιστία των αποτελεσμάτων.[24] Αυτές οι μέθοδοι περιελάμβαναν τόσο έναν καθιερωμένο αλγόριθμο της ραδιοαστρονομίας για την ανασύνθεση εικόνας γνωστό ως CLEAN, που εφευρέθηκε από τον Jan Högbom[25], καθώς και αυτο-βαθμονομούμενες μεθόδους επεξεργασίας εικόνας[26] για την αστρονομία, όπως ο αλγόριθμος CHIRP που δημιουργήθηκε από την Katherine Bouman και άλλους.[24][27] Οι αλγόριθμοι που χρησιμοποιήθηκαν τελικά ήταν ένας αλγόριθμος κανονικοποιημένης μέγιστης πιθανότητας (RML)[28] και ο αλγόριθμος CLEAN.[24]

Σύμπραξη[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Η Σύμπραξη EHT αποτελείται από 13 ινστιτούτα μετόχων:[6]

Ένα σχηματικό διάγραμμα του μηχανισμού VLBI του EHT. Κάθε κεραία, τοποθετημένη σε τεράστιες αποστάσεις από τις άλλες κεραίες, έχει ένα εξαιρετικά ακριβές ατομικό ρολόι. Τα αναλογικά σήματα που συλλέγονται από την κεραία μετατρέπονται σε ψηφιακά σήματα και αποθηκεύονται σε σκληρούς δίσκους μαζί με τα σήματα χρόνου που παρέχονται από το ατομικό ρολόι. Οι σκληροί δίσκοι αποστέλλονται στη συνέχεια σε μια κεντρική τοποθεσία για συγχρονισμό. Μια εικόνα αστρονομικής παρατήρησης λαμβάνεται με επεξεργασία των δεδομένων που συλλέγονται από πολλές τοποθεσίες.

Τα ιδρύματα που συνδέονται με το EHT περιλαμβάνουν:[29]


Παραπομπές[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

  1. 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 The Event Horizon Telescope Collaboration (April 10, 2019). «First M87 Event Horizon Telescope Results. I. The Shadow of the Supermassive Black Hole». The Astrophysical Journal Letters 87 (1): L1. doi:10.3847/2041-8213/ab0ec7. 
  2. Pallab, Ghosh (10 April 2019). «First ever black hole image released». BBC News. https://www.bbc.com/news/science-environment-47873592. Ανακτήθηκε στις 12 April 2019. 
  3. «Black Hole Cam». blackholecam.org. Ανακτήθηκε στις 12 April 2019. 
  4. «EU-funded scientists unveil first ever image of a black hole». erc.europa.eu. Ανακτήθηκε στις 12 April 2019. 
  5. 6,0 6,1 «Even Horizon Telescope Organization». eventhorizontelescope.org (στα Αγγλικά). Ανακτήθηκε στις 2019-04-13. 
  6. *Shep Doeleman, on behalf of the EHT Collaboration (April 2019). «Focus on the First Event Horizon Telescope Results». The Astrophysical Journal Letters. https://iopscience.iop.org/journal/2041-8205/page/Focus_on_EHT. Ανακτήθηκε στις 2019-04-10. 
  7. 8,0 8,1 Susanna Kohler (10 April 2019). «First Images of a Black Hole from the Event Horizon Telescope». AAS Nova. Ανακτήθηκε στις 10 April 2019. 
  8. 9,0 9,1 O'Neill, Ian (2 July 2015). «Event Horizon Telescope Will Probe Spacetime's Mysteries». Discovery News. http://news.discovery.com/space/astronomy/event-horizon-telescope-will-probe-spacetimes-mysteries-150702.htm. Ανακτήθηκε στις 2015-08-21. 
  9. «MIT Haystack Observatory: Astronomy Wideband VLBI Millimeter Wavelength». www.haystack.mit.edu. 
  10. Webb, Jonathan (8 January 2016). «Event horizon snapshot due in 2017». BBC News. https://www.bbc.com/news/science-environment-35258378. Ανακτήθηκε στις 2016-03-24. 
  11. 12,0 12,1 Davide Castelvecchi (23 March 2017). «How to hunt for a black hole with a telescope the size of Earth». Nature 543 (7646): 478–480. doi:10.1038/543478a. PMID 28332538. Bibcode2017Natur.543..478C. 
  12. «EHT Status Update, December 15 2017». eventhorizontelescope.org. Ανακτήθηκε στις 2018-02-09. 
  13. «The Hidden Shipping and Handling Behind That Black-Hole Picture». The Atlantic (στα Αγγλικά). Ανακτήθηκε στις 2019-04-14. 
  14. Mearian, Lucas (18 August 2015). «Massive telescope array aims for black hole, gets gusher of data». Computerworld. http://www.computerworld.com/article/2972251/space-technology/massive-telescope-array-aims-for-black-hole-gets-gusher-of-data.html. Ανακτήθηκε στις 2015-08-21. 
  15. Overbye, Dennis (April 10, 2019). «Black Hole Picture Revealed for the First Time – Astronomers at last have captured an image of the darkest entities in the cosmos». The New York Times. http://www.nytimes.com/2019/04/10/science/black-hole-picture.html?comments#permid=31473598. Ανακτήθηκε στις April 10, 2019. 
  16. Landau, Elizabeth (April 10, 2019). «Black Hole Image Makes History». NASA. https://www.jpl.nasa.gov/news/news.php?feature=7372. Ανακτήθηκε στις April 10, 2019. 
  17. «Media Advisory: First Results from the Event Horizon Telescope to be Presented on April 10th». Event Horizon Telescope. 1 April 2019. Ανακτήθηκε στις 10 April 2019. 
  18. Lu, Donna (April 12, 2019). «How do you name a black hole? It is actually pretty complicated». New Scientist (London). https://www.newscientist.com/article/2199578-how-do-you-name-a-black-hole-it-is-actually-pretty-complicated/. Ανακτήθηκε στις April 12, 2019. «“For the case of M87*, which is the designation of this black hole, a (very nice) name has been proposed, but it has not received an official IAU approval,” says Christensen.». 
  19. Gardiner, Aidan (12 April 2018). «When a Black Hole Finally Reveals Itself, It Helps to Have Our Very Own Cosmic Reporter - Astronomers announced Wednesday that they had captured the first image of a black hole. The Times’s Dennis Overbye answers readers’ questions.». The New York Times. https://www.nytimes.com/2019/04/12/reader-center/black-holes-dennis-overbye.html. Ανακτήθηκε στις 15 April 2019. 
  20. 21,0 21,1 21,2 «Astronomers Capture First Image of a Black Hole». European Southern Observatory. 10 April 2019. https://www.eso.org/public/news/eso1907/. Ανακτήθηκε στις 10 April 2019. 
  21. 22,0 22,1 Lisa Grossman, Emily Conover (10 April 2019). «The first picture of a black hole opens a new era of astrophysics». Science News. https://www.sciencenews.org/article/black-hole-first-picture-event-horizon-telescope. Ανακτήθηκε στις 10 April 2019. 
  22. Jake Parks (10 April 2019). «The nature of M87: EHT's look at a supermassive black hole». Astronomy. Ανακτήθηκε στις 10 April 2019. 
  23. 24,0 24,1 24,2 The Event Horizon Telescope Collaboration (2019). «First M87 Event Horizon Telescope Results. IV. Imaging the Central Supermassive Black Hole». ApJL 87 (1): L4. doi:10.3847/2041-8213/ab0e85. 
  24. Högbom, Jan A. (1974). «Aperture Synthesis with a Non-Regular Distribution of Interferometer Baselines». Astronomy and Astrophysics Supplement 15: 417-426. http://adsabs.harvard.edu/full/1974A%26AS...15..417H. 
  25. SAO/NASA Astrophysics Data System (ADS): Seitz, Schneider, and Bartelmann (1998) Entropy-regularized maximum-likelihood cluster mass reconstruction cites Narayan and Nityananda 1986.
  26. «The creation of the algorithm that made the first black hole image possible was led by MIT grad student Katie Bouman». TechCrunch (στα Αγγλικά). Ανακτήθηκε στις 2019-04-15. 
  27. Narayan, Ramesh and Nityananda, Rajaram (1986) "Maximum entropy image restoration in astronomy" Annual Review of Astronomy and Astrophysics Volume 24 (A87-26730 10-90). Palo Alto, CA, Annual Reviews, Inc. p. 127–170.
  28. «Affiliated Institutes». eventhorizontelescope.org (στα Αγγλικά). Ανακτήθηκε στις 2019-04-10. 

Εξωτερικοί Σύνδεσμοι[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]