Путем включения радиотелескопов всего мира в единую систему астрономы собираются нащупать тень черной дыры в Млечном пути. Недавно в комплекс был подключен и радиотелескоп APEX в Чили, обеспечив значительно увеличение разрешения. Для наблюдения стали доступными детали в непосредственной близости к горизонту событий.
Черная дыра. Иллюстрация NASA
12-метровый радиотелескоп APEX в Чили был оснащен специальными дополнительными техническими устройствами, чтобы совместно с другими радиотелескопами проводить интерферометрические наблюдения при длине волн лишь в 1,3 миллиметра. Эти дополнения включают в себя устройства для записей сигналов с еще более широкой шириной полос, а также высокоточные водородные мазерные часы. Это позволило исследователям сделать следующий шаг в направлении непосредственного картирования тени вокруг черной дыры в центре Млечного пути.
Участие телескопа АРЕХ в так называемом комплексном «Телескопе горизонта событий» или EHT (Event-Horizon-Teleskop), который до недавнего времени включал себя только телескопы из Северного полушария Земли, раскрывает новые и невидимые до сих пор детали в структуре радиоисточника SgrA*, который идентифицируется в качестве черной дыры в центре Млечного пути, сообщают ученые в научном издании The Astrophysical Journal. Включение телескопа APEX в группу EHT удвоило угловую разрешающую систему комплекса. Благодаря этому, структура источника показало ассиметричное, а не точечное распределение яркости с деталями размером всего в 36 миллионов километров. Это соответствует тройной величине гипотетического размера черной дыры в центре нашей галактики, то есть трем радиусам черной дыры.
Астрономы начали охоту за четкими подтверждениями действенности эйнштейновской теории относительности. Для этого необходимо и точное отображение (картирование) тени черной дыры. Объединение радиотелескопов в единую систему, распределенную по всей Земле, делает это вполне возможным. Отдельные телескопы располагаются в горах и на большой высоте, что позволяет минимизировать влияние земной атмосферы и высокочастотного радиоизлучения, а также избежать помех от радиосигналов, создаваемых различной аппаратурой. Компактный радиоисточник Sagittarius A* (Sgr A*), который располагается в центре Млечного пути, наблюдается теперь тремя включенными совместно телескопами в коротком миллиметровом диапазоне и с разрешением в угловых микросекундах.
Схематическая диаграмма проведенных в 2013 году наблюдений VLBI в 1,3-миллиметровом диапазоне за Sagittarius A*. Увеличенные фрагменты показывают возможные модели возможного вида этого источника, согласованные с результатами измерений. Белое кольцо с диаметром в 50 угловых секунд обеспечивает наглядность соотношения размеров. Иллюстрация Eduardo Ros, Thomas Krichbaum (MPIfR)
Команда исследователей наблюдала за Sgr A* в 2013 году телескопами сети VLBI - Very Long Baseline Interferometry, что переводится как «Радиоинтерферометрия с длинными базовыми линиями», из четырех различных точек. Этими телескопами были APEX в Чили, массив CARMA в Калифорнии, James-Clerk-Maxwell-Teleskop (JCMT) и субмиллиметровый массив (SMA), оба на Гавайях, а также субмиллиметровый телескоп (SMT, который раньше назывался Heinrich-Hertz-Teleskop) в Аризоне.
Детекции источника Sgr A* на базовых линиях телескопов длиной до 10 тысяч километров показывает ультракомпактное, ассиметричное, а не точечное распределение яркости. «Подключение телескопа АРЕХ почти удвоило самую длинную базовую линию, по сравнению с прежними наблюдениями, что обеспечило невиданное разрешение лишь в три радиуса черного щита», - говорит Ру Сен Лу из Института радиоастрономии Макса Планка. «Данные показывают детали, которые оказались меньшими, чем ожидаемое расширение водоворота материи вокруг центральной черной дыры», - добавляет его коллега Томас Крихбаум, инициатор миллиметровых наблюдений в сети VLBI с помощью радиотелескопа АРЕХ.
Расположение АРЕХ в Южном полушарии Земли обеспечивает значительное улучшение качества картинки для источника, который располагается на столь значительном расстоянии, как Sagittarius A*. Вместе с тем, АРЕХ является и подготовительной стадией участия в ежегодных наблюдениях большого и чрезвычайно чувствительного телескопа ALMA. «Нам пришлось хорошо поработать на высоте более 5 тысяч метров над уровнем моря, чтобы инсталлировать оборудование, которое даст возможность участия телескопа АРЕХ в 1,3-миллиметровых наблюдениях в рамках», - радуется Алан Рой, технический руководитель группы VLBI на телескопе АРЕХ. - И мы действительно очень горды тем, что АРЕХ удачно сработал в этом эксперименте».
Команда применила к результатам наблюдений принцип адаптации моделей, чтобы проанализировать структуру Sgr A* на шкалах до 25 миллионных угловой секунды. Результат показал, что речь могла бы идти о структуре круглой формы, хотя другие можели допускают и иное, например, двойная структура. Будущие наблюдения с помощью все более расширяющейся системы телескопов EHT позволят устранить такую неясность. В галактическом центре черная дыра и ее окружения окутаны плотной межзвездной материей, которая оказывает влияние на распространение волн электромагнитного излучения вдоль зрительной линии. Это ведет к так называемым межзвездным сцинтилляциям (вспышкам), которые могут оказывать влияние на четкость картирования.
«Но мы смогли показать, что этот эффект на коротких миллиметровых волнах не играет значительной роли,» - говорит Димитриос Псалтис из университета Аризоны, научный руководитель ЕНТ. - «Результаты представляют собой важный шаг в дальнейшем расширении комплекса Event-Horizon-Teleskop», - подводит черту Шеперд Делеман их Гарвардского Смитсоновского центра астрофизики, директор проекта ЕНТ. - «Анализ новых наблюдений, к которым с 2017 года подключены как АРЕХ, так и ALMA, значительно приближают нас к цели прямого наблюдения и отображения черной дыры в центре нашего Млечного пути».
0
