Lehdistötiedote

Tähtitieteilijät ottivat ensimmäistä kertaa kuvan mustasta aukosta

ESO, ALMA, ja APEX ovat yhdessä osallistuneet mullistavaan paradigman muutokseen kuvaamalla kaukaisen Messier 87 galaksin keskustassa sijaitsevaa jättimäistä mustaa aukkoa

10. huhtikuuta 2019

Tapahtumahorisontti-teleskooppi (Event Horizon Telescope eli EHT) on kahdeksan maanpäälisen radioteleskoopin muodostama verkosto, mikä levittäytyy koko maapallolle ja toimii saumattomassa yhteistyössä. Se suunniteltiin mustan aukon suoraa kuvantamista varten. Tänään pidetyssä maailmanlaajuisesti koordinoidussa lehdistötilaisuudessa EHT:n tutkijat paljastivat, että he ovat ensimmäistä kertaa onnistuneet kuvaamaan supermassiivisen mustan aukon ja sen varjon.

Tämä läpimurto julkistettiin tänään kuuden tieteellisen artikkelin sarjassa, mikä julkaistiin The Astrophysical Journal Letters-lehden erityisnumerossa. Kuva paljastaa Neitsyen galaksijoukossa sijaitsevan massiivisen Messier 87 [1] galaksin keskustassa olevan mustan aukon olemassaolon. Tämä musta aukko sijaitsee 55 miljoonan valovuoden etäisyydellä Maasta ja sen massa vastaa 6,5 miljardia Auringon massaa [2].

EHT yhdistää eri puolilla maapalloa sijaitsevia teleskoopeja yhteen ja muodostaa ennennäkemättömän koko maapallon kokoisen virtuaalisen teleskoopin [3]. EHT:n ansiosta tutkijoilla on käytössään uusi keino Einsteinin yleisen suhteellisuusteorian ennustamien Universumin äärimmäisten kohteiden tutkimiseen sata vuotta sen jälkeen kun historialliset kokeet ensimmäistä kertaa vahvistivat teorian [4].

"Olemme ottaneet ensimmäisen kuvan mustasta aukosta", EHT-projektin johtaja Sheperd S. Doeleman (Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian) sanoi, "Tämä on ainutlaatuinen tieteellinen saavutus, minkä toteuttamisessa on ollut mukana yli 200 tutkijan muodostama joukko".

Mustat aukot ovat poikkeuksellisia kosmisia kohteita, joiden massa on valtava, mutta niiden koko on hyvin pieni.  Näiden kohteiden läsnäolo vaikuttaa niiden ympäristöön äärimmäisellä tavalla taivuttaen aika-avaruutta ja kuumentaen niiden ympärillä olevaa ainetta.

"Jos musta aukko on uppoutuneena kirkkaaseen alueeseen, kuten loistavan kaasun kiekkoon, niin me oletamme sen muodostavan varjon kaltaisen tumman alueen. Tämä on Einsteinin yleisen suhteellisuusteorian ennustama ilmiö, mitä emme ole koskaan aikaisemmin nähneet", EHT:n tiedeneuvoston puheenjohtaja Heino Falcke Hollannista Radboudin yliopistosta kertoo, "Tämä varjo on gravitaation aiheuttaman valon taipumisen ja tapahtumahorisontin aiheuttaman valon kaappautumisen seuraus. Se kertoo paljon näiden kiehtovien kohteiden luonteesta ja sen avulla M87:n mustan aukon valtava massa on pystytty mittaamaan."

Useat eri kalibraatio- ja kuvantamismenetelmät ovat paljastaneet rengasmaisen rakenteen, missä on tumma keskusalue, eli mustan aukon varjo. Tulos pysyi samana useissa riippumattomissa EHT:n havainnoissa.

"Kun olimme varmoja, että olemme saaneet kuvattua varjon, niin pystyimme vertaamaan tulosta tarkkoihin tietokonemalleihin, mitkä sisältävät taipuneen avaruuden, ylikuumentuneen aineen ja voimakkaiden magneettikenttien fysiikkaa. Useat havaitun kuvan piirteet vastasivat yllättävän hyvin meidän teoreettista käsitystämme”, EHT:n hallituksen jäsen ja Itä-Aasian observatorion [5] johtaja Paul T.P. Ho totesi, “Tämä tekee meidät luottavaisiksi havaintojemme tulkinnasta käsittäen mustan aukon massan arvioinnin."

"Teorian ja havaintojen kohtaaminen on aina dramaattinen hetki teoreetikolle. Oli vapauttavaa ja ylpeää huomata, että havainnot olivan niin hyvin sopusoinnussa meidän ennusteidemme kanssa", EHT:n hallituksen jäsen Luciano Rezzolla Goethe yliopistosta, Saksasta lisäsi.

EHT:n rakentaminen oli valtava haaste, mikä vaati maailmanlaajuisen kahdeksan olemassaolevan teleskoopin muodostaman verkoston päivittämistä ja yhdistämistä. Teleskoopit sijaisevat erilaisilla hyvin korkealla sijaitsevilla paikoilla. Näihin paikkoihin kuuluvat Havaijin ja Meksikon tulivuoret, Arizonan ja Espanjan Sierra Nevadan vuoret, Chilen Atacaman autiomaa ja Antarktika.

EHT:n havainnoissa käytetään very-long-baseline interferometry eli VLBI:ksi kutsuttua tekniikkaa, missä ympäri maailman sijaitsevia teleskooppeja käytetään yhdessä ja siinä hyödynnetään maapallon omaa pyörimistä, jolloin teleskoopit muodostavat valtavan koko Maan kokoisen teleskoopin, mikä havaitsee 1,3 mm:n aallonpituudella. VLBI:n avulla EHT saavuttaa 20 mikrokaarisekunnin kulmaresoluution, mikä vastaa sitä, että Pariisin kahvilasta luettaisiin New Yorkissa olevaa sanomalehteä [6].

Tähän tulokseen vaikuttamassa mukana ovat olleet teleskoopit: ALMA, APEX, IRAM 30-metrin teleskooppi, James Clerk Maxwell teleskooppi, Large Millimeter Telescope Alfonso Serrano, Submillimeter Array, Submillimeter Telescope, ja South Pole Telescope [7]. Teleskoopeista saatu petatavuista koostuva raakadata yhdistettiin Max Planck radiotähtitieteen instituutissa ja MIT Haystack observatoriolla olevissa erityisissä supertietokoneissa.

Tässä maailmanlaajuisessa saavutuksessa Euroopan yksiköt ja rahoitus olivat tärkeässä asemassa. Mukana olivat edistyneet Eurooppalaiset teleskoopit ja  Euroopan tutkimusneuvosto. Erityisesti 14 miljoonan euron avustus BlackHoleCam-projektille [8] oli tärkeässä asemassa. ESO:n, IRAM:in ja Max Planck Societyn antama tuki oli myös hyvin tärkeää. "Tämä tulos rakentuu vuosikymmeniä jatkuneeseen millimetrialueen Eurooppalaisen tähtitieteen asiantuntemuksen pohjalle”, IRAM:in johtaja ja EHT:n hallituksen jäsen Karl Schuster kommentoi.

EHT:n rakentaminen ja tänään julkistetut havainnot ovat vuosikymmeniä jatkuneiden havaintojen, sekä teknisen- ja teoreettisen työn huipentuma. Tämä on esimerkki maailmalaajuisesta tiimityöstä ja se vaatii ympäri maailman olevien tutkijoiden läheistä yhteistyötä. Kolmetoista kumppanuusinstituuttia ovat yhdessä muodostaneet EHT:n käyttämällä olemassaolevaa infrastruktuuria ja useiden eri laitosten tukea. US National Science Foundation (NSF), Euroopan tutkimusneuvosto (ERC) ja Itä-Aasian rahoituslaitokset ovat olleet hankkeen päärahoittajina.

“ESO on erittäin tyytyväinen, kun se on ollut osallisena tässä tuloksessa. Se on ollut Euroopan tasolla johtavassa roolissa ja sen Chilessä sijaitsevat EHT:ssä mukana olevat teleskoopit ALMA ja APEX olivat tässä ratkaisevassa roolissa”, ESO:n pääjohtaja General Xavier Barcons totesi, “ALMA on EHT:n kaikkein herkin havaintolaite ja sen 66 suuren tarkkuuden omaavaa antennia olivat kriittisessä roolissa EHT:n menestyksen takana”.

"Olemme tehneet jotain mitä vain sukupolvi sitten pidettiin mahdottomana", Doeleman totesi, "Teknologiset läpimurrot, maailman parhaiden radioteleskooppien väliset yhteydet ja innovatiiviset algoritmit avasivat kaikki yhdessä uuden ikkunan mustien aukkojen ja tapahtumahorisonttien tutkimukseen”.

Lisähuomiot

[1] Mustan aukon varjo on lähin kohta, mitä mustasta aukosta voidaan kuvata. Se on täysin tumma objekti, mistä valo ei pysty pakenemaan. Mustan aukon rajapinta eli tapahtumahorisontti, mistä EHT:n nimi myös tulee, on noin 2,5 kertaa pienempi kuin sen synnyttämä varjo ja sen koko on ainoastaan 40 miljardia kilometriä leveä.

[2] Supermassiiviset mustat aukot ovat suhteellisen pieniä tähtitieteen kohteita ja se on tehnyt niiden suoran havaitsemisen toistaiseksi mahdottomaksi ennen tätä havaintoa. Kun mustan aukon tapahtumahorisontin koko on verrannollinen sen massaan, niin mitä massiivisempi musta aukko on niin sitä suurempi sen varjo myös on. Kiitos M87:n mustan aukon valtavan massan ja suhteellisen läheisyyden, M87:n ennustettiin olevan yksi suurimmista Maasta näkyvistä kohteista, minkä ansiosta se oli erinomainen kohde EHT:lle.

[3] Vaikka teleskoopit eivät fyysisesti ole yhteydessä toisiinsa, niin ne pystyvät synkronoimaan vastaanotetun datan atomikellojen avulla (vetymaserit), mitkä ajoittavat havainnot erittäin tarkasti. Nämä havainnot tehtiin 1,3 mm:n aallonpituudella vuoden 2017 maailmanlaajuisen kampanjan aikana. Jokainen EHT:n teleskooppi tuotti valtavan määrän dataa (noin 350 teratavua päivittäin), mikä tallennettiin suuren suorituskyvyn omaaviin helium-täytteisiin kovalevyihin. Tämä data syötettiin aivan erityisiin supertietokoneisiin, korrelaattoreihin Max Planckin radiotähtitieteen instituutissa ja MIT Haystackin observatoriolla, joissa data yhdistettiin. Sen jälkeen hyvin vaativan prosessin jälkeen data yhdistettiin kuvaksi yhteistyöverkoston tekemiä edistyneitä työkaluja käyttäen.

[4] 100 vuotta sitten kaksi retkikuntaa lähtivät Afrikan rannikolle Principe Islandiin ja Sobralille Brasiliaan havaitakseen vuoden 1919 auringonpimennystä tavoitteenaan yleisen suhteellisuusteorian testaaminen tarkkailemalla, jos tähdestä tuleva valo taipuu sen kulkiessa Auringon reunan läheltä kuten Einsteinin teoria ennusti. Näiden havaintojen vanavedessä EHT on lähettänyt ryhmänsä jäseniä maailman korkeimmilla ja eristyneimmillä paikoilla oleville radioteleskoopeille testatakseen jälleen kerran ymmärrystämme gravitaation luonteesta.

[5] East Asian Observatory (EAO) on EHT-projektin kumppani ja se edustaa useita alueita Aasiasta sisältäen Kiinan, Japanin, Korean, Taiwanin, Vietnamin, Thaimaan, Malesian, Intian ja Indonesian.

[6] Tulevaisuuden EHT-havainnot ovat merkittävästi herkempiä, kun IRAM NOEMA observatorio, Greenland Telescope ja Kitt Peak Telescope tulevat mukaan.

 

[7] ALMA on seuraavien tahojen välinen kumppanuushanke: Euroopan eteläinen observatorio (ESO; edustaen Eurooppaa sen jäsenmaillaan), U.S. National Science Foundation (NSF) ja Japanin National Institutes of Natural Sciences(NINS) yhdessä National Research Council:in (Kanada), Ministry of Science and Technology:n (MOST, Taiwan), Academia Sinica Institute of Astronomy and Astrophysics:in (ASIAA; Taiwan) ja Korea Astronomy and Space Science Institute:in (KASI; Republic of Korea) kanssa Chilen Tasavallan kanssa yhteistyössä. ESO operoi APEX:ia, 30-metrin teleskooppia operoi IRAM (IRAM kumppaniorganisaatiot ovat MPG (Saksa), CNRS (Ranska) ja IGN (Espanja)), James Clerk Maxwell teleskooppia operoi EAO, Large Millimeter Telescope Alfonso Serrano:a operoivat INAOE ja UMass, Submillimeter Array:tä operoivat SAO ja ASIAA, sekä Submillimeter teleskooppia operoi Arizona Radio Observatory (ARO). South Pole teleskooppia operoi Chicagon yliopisto, minkä erityisen EHT-laitteiston Arizonan yliopisto on toimittanut.

[8] BlackHoleCam on EU-rahoitteinen projekti, minkä tarkoituksena on kuvata, mitata ja ymmärtää mustien aukkojen astrofysiikkaa. BlackHoleCam:in  ja tapahtumahorisontti-teleskoopin (EHT) päätarkoituksena on saada aikaan ensimmäiset kuvat miljardien Aurinkojen massaisista mustista aukoista läheisessä M87 galaksissa ja sen pienemmästä sukulaisesta Sagittarius A*:sta, mikä on Linnunratamme keskustassa sijaitseva musta aukko. Tämän avulla mustan aukon aiheuttama aika-avaruuden muodonmuutos voidaan määrittää äärimmäisen tarkasti.

Lisätietoa

Tämä tutkimus esiteltiin tänään julkaistussa kuuden artikkelin sarjassa, mikä julkaistiin The Astrophysical Journal Letters- lehden erityisnumerossa.

EHT-yhteistyöverkostoon kuuluu yli 200 tutkijaa Afrikasta, Aasiasta, Euroopasta, Pohjois- ja Etelä-Amerikasta. Kansainvälisen yhteistyön tarkoituksena on maailman tarkimman kuvan saaminen mustasta aukosta koko maapallon kokoista virtuaaliteleskooppia käyttäen. Huomattavan kansainvälisen panostuksen avulla EHT yhdistää olemassaolevia teleskooppeja uusien järjestelmien avulla ja siten muodostaa olennaisesti uuden havaintolaitteen, minkä erotuskyky on suurempi kuin millään muulla laitteella.

Mukana olevat yksittäiset teleskoopit ovat: ALMA, APEX, IRAM 30-metrin teleskooppi, IRAM NOEMA observatorio, James Clerk Maxwell Telescope (JCMT), Large Millimeter Telescope (LMT), Submillimeter Array (SMA), Submillimeter Telescope (SMT), South Pole Telescope (SPT), Kitt Peak-teleskooppi ja Greenland Telescope (GLT).

EHT-konsortio koostuu 13:sta sidosryhmään kuuluvasta instituutista: Academia Sinica Institute of Astronomy and Astrophysics, University of Arizona, University of Chicago, East Asian Observatory, Goethe-Universitaet Frankfurt, Institut de Radioastronomie Millimétrique, Large Millimeter Telescope, Max Planck Institute for Radio Astronomy, MIT Haystack Observatory, National Astronomical Observatory of Japan, Perimeter Institute for Theoretical Physics, Radboud University ja Smithsonian Astrophysical Observatory.  

ESO on Euroopan johtava hallitustenvälinen tähtitieteen organisaatio ja ylivoimaisesti maailman tieteellisesti tuotteliain tähtitieteellinen observatorio. ESO:lla on 16 jäsenmaata: Alankomaat, Belgia, Espanja, Iso-Britannia, Italia, Itävalta, Irlanti, Portugali, Puola, Ranska, Ruotsi, Saksa, Suomi, Sveitsi, Tanska ja Tšekin tasavalta, joiden lisäksi Chile toimii laitteistojen sijoitusmaana ja Australia strategisena kumppanina. ESO toteuttaa kunnianhimoista ohjelmaa, joka keskittyy tehokkaiden maanpäällisten havaintovälineiden suunnitteluun, rakentamiseen ja käyttöön. Välineiden avulla tähtitieteilijät voivat tehdä merkittäviä tieteellisiä löytöjä. ESO:lla on myös johtava asema tähtitieteen tutkimuksen kansainvälisen yhteistyön edistämisessä ja organisoinnissa. ESO:lla on Chilessä kolme ainutlaatuista huippuluokan observatoriota: La Silla, Paranal ja Chajnantor. ESO:lla on Paranalilla VLT-teleskooppi (Very Large Telescope) ja siihen liittyvä, maailmanlaajuisesti johtava VLTI-interferometri, sekä kaksi kartoitusteleskooppia. VISTA toimii infrapuna-alueella ja VST-teleskooppi näkyvän valon aallonpituuksilla. ESO on myös merkittävä kumppani kahdessa Chajnantorin laitteistossa, APEX-teleskoopissa ja ALMA-teleskoopissa, joka on maailman suurin tähtitieteellinen projekti. Lähellä Paranalia sijaitsevalla Cerro Armazonesilla ESO rakentaa 39-metrin kokoista ELT-teleskooppia (Extremely Large Telescope), josta tulee “maailman suurin tähtitaivasta havainnoiva silmä”.

Linkit

• ESO:n EHT-verkkosivu
• Lehdistötiedote EHT-projektista
• EHT:n verkkosivu
• ESOBlog EHT-projektista
• ALMA:n kuvia
• APEX:in kuvia
• Tieteelliset artikkelit:
  • Artikkeli I: The Shadow of the Supermassive Black Hole
  • Artikkeli II: Array and Instrumentation
  • Artikkeli III: Data processing and Calibration
  • Artikkeli IV: Imaging the Central Supermassive Black Hole
  • Artikkeli V: Physical Origin of the Asymmetric Ring
  • Artikkeli VI: The Shadow and Mass of the Central Black Hole

Yhteystiedot

Heino Falcke
Chair of the EHT Science Council, Radboud University
The Netherlands
Puh.: +31 24 3652020
Sähköposti: h.falcke@astro.ru.nl

Luciano Rezzolla
EHT Board Member, Goethe Universität
Germany
Puh.: +49 69 79847871
Sähköposti: rezzolla@itp.uni-frankfurt.de

Eduardo Ros
EHT Board Secretary, Max-Planck-Institut für Radioastronomie
Germany
Puh.: +49 22 8525125
Sähköposti: ros@mpifr.de

Calum Turner
ESO Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Puh.: +49 89 3200 6670
Sähköposti: pio@eso.org

Pasi Nurmi (Lehdistön yhteyshenkilö Suomi)
ESO Science Outreach Network ja University of Turku
Turku, Finland
Puh.: +358 29 4504 358
Sähköposti: eson-finland@eso.org

Connect with ESO on social media

Tämä on ESO:n lehdistötiedotteen käännös eso1907.