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.
С беспрецедентным разрешением
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.
Почему это не было сделано раньше?
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*.
