Международная группа астрономов наблюдала за сердцем далекого квазара с беспрецедентной четкостью, в два миллиона раз превосходящей человеческое зрение. Наблюдения, сделанные путем соединения телескопа Atacama Pathfinder Experiment (APEX) [1] с двумя другими на разных континентах в первый раз, являются решающим шагом на пути к драматической научной цели проекта «Телескоп горизонта событий» [2]: получение изображений сверхмассивные черные дыры в центре нашей галактики и другие.
Астрономы подключили APEX в Чили к субмиллиметровой решетке (SMA) [3] на Гавайях, США, и субмиллиметровому телескопу (SMT) [4] в Аризоне, США. Им удалось сделать самое четкое прямое наблюдение за когда-либо [5] центра далекой галактики, яркого квазара 3C 279, который содержит сверхмассивную черную дыру с массой примерно в миллиард масс Солнца и до сих пор от Земли, что его свету потребовалось более 5 миллиардов лет, чтобы добраться до нас. APEX - результат сотрудничества Института радиоастрономии им. Макса Планка (MPIfR), Космической обсерватории Онсала (OSO) и ESO. APEX управляется ESO.
Телескопы были соединены с помощью метода, известного как интерферометрия со сверхдлинной базой (VLBI). Телескопы большего размера могут производить более четкие наблюдения, а интерферометрия позволяет нескольким телескопам действовать как одному телескопу, равному расстоянию - или «базовой линии» - между ними. Используя РСДБ, можно добиться самых четких наблюдений, максимально увеличив расстояние между телескопами. Для своих наблюдений за квазарами команда использовала три телескопа для создания интерферометра с трансконтинентальной базовой длиной 9447 км от Чили до Гавайев, 7174 км от Чили до Аризоны и 4627 км от Аризоны до Гавайев. Подключение APEX в Чили к сети имело решающее значение, поскольку оно обеспечило самые длинные базовые линии.
Наблюдения проводились в радиоволнах с длиной волны 1,3 миллиметра. Это первый раз, когда наблюдения на такой короткой длине волны проводились с использованием таких длинных базовых линий. Наблюдения достигли четкости или углового разрешения всего в 28 угловых микросекунд - около 8 миллиардных долей градуса. Это представляет собой способность различать детали в два миллиона раз острее, чем человеческое зрение. Наблюдения такой четкости позволяют исследовать масштабы квазара менее светового года - замечательное достижение для объекта, находящегося на расстоянии миллиардов световых лет.
Наблюдения представляют собой новую веху на пути к получению изображений сверхмассивных черных дыр и областей вокруг них. В будущем планируется соединить таким образом еще больше телескопов, чтобы создать так называемый Event Horizon Telescope. Телескоп Event Horizon сможет сфотографировать тень сверхмассивной черной дыры в центре нашей галактики Млечный Путь, а также других в близлежащих галактиках. Тень - темная область, видимая на более ярком фоне - вызвана отклонением света черной дырой и может быть первым прямым наблюдательным свидетельством существования горизонта событий черной дыры, граница, изнутри которой не проникает даже свет. может сбежать.
Эксперимент знаменует собой первое участие APEX в РСДБ-наблюдениях и является кульминацией трехлетней напряженной работы на высокогорной площадке APEX на 5000-метровом плато Чайнантор в чилийских Андах, где атмосферный давление примерно вдвое меньше, чем на уровне моря. Чтобы подготовить APEX к РСДБ, ученые из Германии и Швеции установили новые цифровые системы сбора данных, очень точные атомные часы и герметичные регистраторы данных, способные записывать 4 гигабита в секунду в течение многих часов в сложных условиях окружающей среды [6]. Данные - по 4 терабайта с каждого телескопа - были отправлены в Германию на жестких дисках и обработаны в Институте радиоастрономии им. Макса Планка в Бонне.
Успешное добавление APEX важно еще и по другой причине. Он разделяет свое местоположение и многие аспекты своих технологий с новым телескопом Atacama Large Millimeter/submmillimeter Array (ALMA) [7]. ALMA в настоящее время находится в стадии строительства и, наконец, будет состоять из 54 тарелок того же 12-метрового диаметра, что и APEX, плюс 12 меньших тарелок диаметром 7 метров. В настоящее время изучается возможность подключения ALMA к сети. Благодаря значительно увеличенной собирающей площади чашек ALMA чувствительность наблюдений может быть в 10 раз выше, чем в этих первоначальных тестах. Это сделало бы тень сверхмассивной черной дыры Млечного Пути доступной для будущих наблюдений.
Примечания
[1] APEX - результат сотрудничества Института радиоастрономии им. Макса Планка (MPIfR), Космической обсерватории Онсала (OSO) и ESO. Эксплуатация APEX в Чайнанторе возложена на ESO. APEX - это первопроходец субмиллиметрового телескопа следующего поколения, Большой миллиметровой/субмиллиметровой решетки Atacama (ALMA), который строится и эксплуатируется на том же плато.
[2] Проект Event Horizon Telescope - это международное сотрудничество, координируемое обсерваторией Хейстек Массачусетского технологического института (США).
[3] Субмиллиметровая решетка (SMA) на Мауна-Кеа, Гавайи, состоящая из 8 тарелок диаметром 6 м каждая, эксплуатируется Смитсоновской астрофизической обсерваторией (США) и Институтом астрономии и астрофизики Academia Sinica (Тайвань).
[4] Субмиллиметровый телескоп (SMT) диаметром 10 м на вершине горы Грэм, штат Аризона, эксплуатируется Аризонской радиообсерваторией (ARO) в Тусоне, штат Аризона (США).
[5] Некоторые косвенные методы использовались для исследования более мелких масштабов, например, с использованием микролинзирования (см. heic1116) или межзвездных мерцаний, но это рекорд для прямых наблюдений.
[6] Эти системы разрабатывались параллельно в США (MIT-обсерватория Haystack) и в Европе (MPIfR, INAF - Istituto di Radioastronomia Noto VLBI Station и HAT-Lab). В качестве очень точных атомных часов был установлен эталон времени водородного мазера (T4Science). SMT и SMA уже были оборудованы аналогичным образом для РСДБ.
[7] Большая миллиметровая/субмиллиметровая решетка Атакама (ALMA), международный астрономический объект, является партнерством Европы, Северной Америки и Восточной Азии в сотрудничестве с Республикой Чили. ESO является европейским партнером ALMA.