Коллаборация Event Horizon Telescope (EHT), известная тем, что благодаря соединению нескольких радиообсерваторий по всей планете были получены первые изображения сверхмассивных черных дыр M87* (в 2019 году) и Стрелец A* (в 2022 году), недавно провела эксперимент, который позволил значительно расширить возможности наблюдений с высоким разрешением с поверхности Земли.
В ходе эксперимента были проведены тестовые наблюдения с использованием метода интерферометрии с очень длинной базовой линией (VLBI) на длине волны, никогда ранее не достигавшейся для такого типа наблюдений: 0,87 мм, что соответствует частоте около 345 ГГц.
В эксперименте участвовали несколько наземных установок: ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) и APEX (Atacama Pathfinder EXperiment) в Чили, 30-метровый телескоп IRAM в Испании, NOEMA (NOrthern Extended Millimeter Array) во Франции, Гренландский телескоп и Субмиллиметровая решетка на Гавайях.
Этот подход позволил достичь исключительного углового разрешения в 19 микроаркосекунд, что является самым высоким показателем, когда-либо достигнутым с поверхности Земли. Это достижение обещает значительно улучшить наши возможности по изучению таких неуловимых объектов, как черные дыры.
Для получения изображений высокого разрешения астрономы обычно используют более крупные телескопы. Или большее расстояние между обсерваториями, работающими в составе интерферометра. Но поскольку EHT уже была размером со всю Землю, для повышения разрешения наземных наблюдений потребовался другой подход: наблюдение за светом с меньшей длиной волны.
Тестовые наблюдения были сосредоточены на далеких ярких галактиках с использованием двух небольших участков EHT, включающих в себя ALMA и APEX. Такой подход позволил нам проверить возможность наблюдений на длине волны 0,87 мм, которая потенциально обеспечивает большую резкость и детализацию изображений черных дыр.
Хотя эксперимент еще не дал полных изображений, он продемонстрировал способность обнаруживать сигналы на этой более короткой длине волны: впервые метод VLBI был успешно применен на длине волны 0,87 мм и достиг разрешения, никогда ранее не достигавшегося для наземных наблюдений, — целых 19 микроаркосекунд.
На этих смоделированных с помощью компьютера изображениях показано излучение вблизи горизонта событий черной дыры, похожей на Стрелец A*, при длине волны наблюдения 1,3 мм (слева) и 0,87 мм (справа). Они подчеркивают, насколько больше деталей можно увидеть при наблюдении черной дыры на более коротких длинах волн. Горизонтальная полоса обозначает угловой масштаб в 40 микроаркосекунд.
Хотя в прошлом уже было возможно наблюдать ночное небо на этой длине волны, использование VLBI на 0,87 мм всегда наталкивалось на препятствия, для преодоления которых требовалось время и технологический прогресс.
Например, водяной пар в атмосфере поглощает гораздо больше световых волн на 0,87 мм, чем на 1,3 мм — длине волны, на которой были получены первые изображения черных дыр. Это затрудняет прием сигналов от черных дыр радиотелескопами.
Кроме того, атмосферная турбулентность, повышенный шум и изменчивость глобальных метеорологических условий во время наблюдений замедлили продвижение VLBI к более коротким длинам волн, особенно к субмиллиметровым.
Чтобы преодолеть эти трудности, исследователи использовали стратегическую комбинацию высотных обсерваторий, таких как ALMA и APEX в пустыне Атакама, где атмосфера более сухая и стабильная. Объединение нескольких телескопов в разных частях света позволило смягчить влияние местных атмосферных условий и добиться достаточной чувствительности для обнаружения слабых сигналов от далеких галактик.
Таким образом, этот технический тест открывает новое окно для изучения черных дыр: с помощью всей совокупности радиотелескопов, входящих в проект, EHT сможет увидеть детали размером 13 микроаркосекунд, что эквивалентно наблюдению крышки от бутылки на Луне с Земли. Это означает, что на расстоянии 0,87 мм можно будет получить изображения с разрешением примерно на 50 процентов выше, чем ранее опубликованные 1,3 мм изображения M87* и Стрелец A*.
Запись Телескоп Event Horizon Telescope достиг самого высокого на сегодняшний день разрешения при наблюдениях с Земли впервые опубликована на сайте Про технологии.