Lehdistötiedote

EHT:n tutkijat ovat tehneet maailman tarkimmat maanpäälliset havainnot

27. elokuuta 2024, Turku

Event Horizon Telescope (EHT) -yhteistyöverkosto on tehnyt testihavaintoja Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) -teleskoopilla ja muilla havaintolaitteilla, joiden avulla on saavutettu suurin Maan pinnalta havaittu erotuskyky [1]. Tämä tehtiin havaitsemalla kaukaisista galakseista peräisin olevaa valoa noin 345 GHz:n taajuudella, joka vastaa 0.87 mm:n aallonpituutta. Yhteistyöverkosto arvioi, että tulevaisuudessa he pystyvät ottamaan 50 prosenttia aiempaa tarkempia kuvia mustista aukoista, jolloin supermassiivisten mustien aukkojen rajojen ulkopuolella välittömässä läheisyydessä oleva alue erottuu paremmin. He pystyvät myös kuvaamaan useampia mustia aukkoja kuin toistaiseksi on havaittu. Uudet havainnot ovat osa pilottikokeilua, ja ne julkaistiin tänään The Astronomical Journal -lehdessä.

EHT-yhteistyöverkosto julkaisi kuvia M87*:stä, M87-galaksin keskellä olevasta supermassiivisesta mustasta aukosta, vuonna 2019, ja Sgr A*:sta, Linnunradan keskustassa olevasta mustasta aukosta, vuonna 2022. Nämä kuvat saatiin liittämällä useat eri radio-observatoriot eri puolilla planeettaa yhdeksi ”Maan kokoiseksi” virtuaaliteleskoopiksi VLBI-menetelmää (Very Long Baseline Interferometry) käyttäen.

Tähtitieteilijät käyttävät yleensä suuria teleskooppeja ottaakseen tarkkoja kuvia, tai hyödyntävät havainnoissa observatorioiden välistä suurempaa keskinäistä etäisyyttä interferometria-menetelmää käyttäen. Koska EHT on jo Maan kokoinen, niin maanpäällisten havaintojen resoluution lisääminen vaati toisenlaista lähestymistapaa. Parantaakseen teleskoopin resoluutiota voidaan havaita lyhyemmällä aallonpituudella, ja juuri näin EHT-yhteistyöverkosto on nyt tehnyt.

”Otimme ensimmäiset EHT:n kuvat mustista aukoista 1.3 millimetrin aallonpituudella, mutta näkemämme kirkas rengas, joka muodostui mustan aukon painovoiman taivuttamasta valosta, näytti edelleen epäselvältä, koska kuvien terävyyden ehdoton yläraja oli saavutettu”, sanoi tutkimusta johtanut Alexander Raymond, joka on aiemmin työskennellyt postdoc-tutkijana Harvardin ja Smithsonianin astrofysiikan keskuksessa (CfA, Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian) ja nykyisin hän työskentelee Yhdysvalloissa sijaitsevassa Jet Propulsion Laboratory'ssa. ”Käyttämällä 0.87 millimetrin havaintoja kuvistamme tulee terävämpiä ja yksityiskohtaisempia, mikä puolestaan todennäköisesti paljastaa kohteista uusia ominaisuuksia, sekä aiemmin ennustettuja että ehkä myös ennustamattomia”. 

Osoittaakseen, että havainnot 0.87 mm:n aallonpituudella ovat mahdollisia, ryhmä teki koehavaintoja kaukaisista, kirkkaista galakseista kyseisellä aallonpituudella [2]. Sen sijaan, että he olisivat käyttäneet koko EHT-verkostoa, he käyttivät kahta pienempää aliryhmää, joihin molempiin Atacaman autiomaassa Chilessä sijaitsevat ALMA ja Atacama Pathfinder EXperiment (APEX) kuuluivat. Euroopan eteläinen observatorio (ESO) on ALMA:n yhteistyökumppani, ja se isännöi ja tekee yhteistyötä APEX:in kanssa. Muita mukana olleita havaintolaitteita ovat 30-metrinen IRAM-teleskooppi Espanjassa ja NOrthern Extended Millimeter Array (NOEMA) Ranskassa sekä Grönlannin teleskooppi ja Submillimeter Array Havaijilla.

Tässä pilottikokeessa ryhmä pystyi havainnoissa saavuttamaan jopa 19 mikrokaarisekunnin tarkkuuden, mikä tarkoittaa kaikkien aikojen korkeinta resoluutiota Maan pinnalta tehdyissä havainnoissa. He eivät kuitenkaan ole vielä pystyneet muodostamaan kuvia. Vaikka he havaitsivat useiden kaukana sijaitsevien galaksien valoa, he eivät käyttäneet riittävästi antenneja, jotta datasta olisi voinut rekonstruoida kuvan tarkasti. 

Tämä tekninen testi on avannut uuden havaintoikkunan mustien aukkojen tutkimiseen. Kaikkien ryhmään kuuluvien havaintolaitteiden avulla EHT pystyi näkemään jopa 13 mikrokaarisekunnin suuruisia yksityiskohtia, mikä vastaa pullonkorkin erottamista Kuussa Maasta katsottuna. Tämä tarkoittaa, että 0.87 mm:n havainnoilla saadaan kuvia, joiden resoluutio on noin 50% suurempi  kuin aiemmin julkaistuissa M87*:n ja SgrA*:n 1.3 mm:n kuvissa. Lisäksi on mahdollista havaita kaukaisempia, pienempiä ja himmeämpiä mustia aukkoja kuin ne kaksi, joita verkosto on tähän mennessä kuvannut.

EHT:n johtaja (Founding Director) Sheperd ”Shep” Doeleman, CfA:n astrofyysikko ja tutkimuksen toinen johtaja, sanoi: ”Ympäröivän kaasun muutosten tarkastelu eri aallonpituuksilla auttaa meitä ratkaisemaan mysteerin siitä, miten mustat aukot vetävät puoleensa ja keräävät ainetta, ja miten ne saavat aikaiseksi voimakkaita suihkuja, jotka ulottuvat galaktisiin etäisyyksiin”. 

Tämä on ensimmäinen kerta, kun VLBI-tekniikkaa on pystytty käyttämään 0.87 mm:n aallonpituudella. Vaikka yötaivaan havainnointi 0.87 mm:n aallonpituudella oli mahdollista jo aikaisemmin, VLBI-tekniikan soveltamiseen tällä aallonpituudella on aina liittynyt haasteita, joiden voittaminen on vaatinut aikaa ja teknistä kehitystä. Esimerkiksi ilmakehän vesihöyry absorboi säteilyä 0.87 mm:n aallonpituudella paljon enemmän kuin 1.3 mm:n aallonpituudella, mikä vaikeuttaa radioteleskooppien mahdollisuuksia havaita mustia aukkoja pienillä aallonpituudella. Kun tämä yhdistetään yhä voimakkaampaan ilmakehän turbulenssiin ja kohinan lisääntymiseen lyhyillä aallonpituuksilla, sekä kyvyttömyyteen kontrolloida maailmanlaajuisia sääolosuhteita ilmakehän kannalta herkkien havaintojen aikana, VLBI:n siirtyminen lyhyemmille aallonpituuksille on ollut hidasta erityisesti siirryttäessä alimillimetrialueelle. Näiden uusien havaintojen myötä tilanne on kuitenkin muuttunut.

”Nämä VLBI-havainnot 0.87 mm:n aallonpituudella ovat uraauurtavia, sillä ne avaavat uuden havaintoikkunan supermassiivisten mustien aukkojen tutkimiselle”, totesi Thomas Krichbaum, yksi tutkimuksen kirjoittajista Saksan Max Planck Institute for Radio Astronomy -instituutista, joka operoi APEX-teleskooppia yhdessä ESO:n kanssa. Hän lisäsi: ”Tulevaisuudessa Espanjassa (IRAM-30m) ja Ranskassa (NOEMA) sijaitsevien IRAM-teleskooppien yhdistäminen ALMA:nn ja APEX:in kanssa mahdollistaa vielä pienempien ja himmeämpien kohteiden kuvaamisen samanaikaisesti kahdella aallonpituudella 1.3 mm ja 0.87 mm, mikä tähän asti ei ole ollut mahdollista”.

Lisähuomiot

[1] Suuremman resoluution tähtitieteen havaintoja on kyllä tehty aikaisemmin, mutta ne on saatu yhdistämällä Maan pinnalla olevien teleskooppien havainnot avaruudessa olevan teleskoopin havaintojen kanssa:  https://www.mpifr-bonn.mpg.de/pressreleases/2022/2. Tänään julkaistut uudet havainnot ovat korkeimman resoluution havainnot, jotka on koskaan saatu pelkästään maanpäällisillä teleskoopeilla. 

[2] Testatakseen havaintojaan EHT-yhteistyöverkosto kohdisti antennit hyvin kaukaisiin ”aktiivisiin” galakseihin, joiden ytimissä on supermassiivisia mustia aukkoja, ja jotka ovat hyvin kirkkaita. Tällaiset lähteet ovat apuna havaintojen kalibroinnissa ennen kuin EHT suunnataan himmeämpiin kohteisiin, kuten läheisiin mustiin aukkoihin.

Lisätietoa

Tässä esitetty EHT-yhteistyöverkoston tutkimus on esitelty artikkelissa A. W. Raymond et al. The Astronomical Journal (doi: 10.3847/1538-3881/ad5bdb), joka on julkaistu tänään.

EHT-yhteistyöverkostoon kuuluu yli 400 tutkijaa Afrikasta, Aasiasta, Euroopasta, Pohjois- ja Etelä-Amerikasta, joista noin 270 on mukana tässä tutkimuksessa. Kansainvälisen yhteistyön tarkoituksena on maailman tarkimpien musta aukko kuvien ottaminen virtuaalista 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.

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.

ALMA (Atacama Large Millimetre/submillimetre Array) on kansainvälinen tähtitieteen tutkimusyksikkö, joka on ESO:n, Yhdysvaltain kansallisen tiedesäätiön NSF:n ja Japanin kansallisten luonnontiedeinstituuttien NINS:n välinen kumppanuushanke yhteistyössä Chilen tasavallan kanssa. ALMA:a rahoittavat Euroopassa sen jäsenmaiden puolesta Euroopan eteläinen observatorio (ESO), Pohjois-Amerikassa (NSF) yhteistyössä Kanadan kansallisen tutkimusneuvoston (NRC) ja Taiwanin kansallisen tiede- ja teknologianeuvoston (NSTC) kanssa, sekä Itä-Aasiassa  yhteistyössä Taiwanin Academia Sinican (AS) ja Korean tähtitieteen ja avaruustieteiden instituutin (KASI) kanssa. ALMA:n rakentamista ja toimintaa ohjaa sen jäsenmaiden puolesta ESO, Pohjois-Amerikan osalta Kansallinen radiotähtitieteen observatorio (NRAO), jota hallinnoi Associated Universities, Inc. (AUI), ja Itä-Aasian osalta Japanin Kansallinen tähtitieteellinen observatorio (NAOJ). Yhteinen ALMA-observatorio (JAO) huolehtii ALMA:n rakentamisen, kokoonpanon ja operaation yhtenäisestä johdosta ja hallinnoinnista.

Atacama Pathfinder EXperiment (APEX) on halkaisijaltaan 12-metrinen teleskooppi, joka toimii millimetrin- ja alimillimetrin aallonpituuksilla eli infrapuna-alueen ja radioalueen välissä. ESO koperoi APEXiä yhdellä maapallon korkeimmista observatorioalueista, 5100 metrin korkeudessa Chajnantorin tasangolla Chilen Atacaman alueella. APEX on Max Planckin radiotähtitieteen instituutin (MPIfR) hanke, jota ESO isännöi ja operoi MPIfR:n puolesta.

Euroopan eteläinen observatorio (ESO) tekee maailmankaikkeuden salaisuuksien tutkimisen mahdolliseksi kaikille tutkijoille ympäri maailman. Suunnittelemme, rakennamme ja operoimme huippuluokan maanpäälisiä observatorioita, joita tähtitieteilijät käyttävät jännittävien tutkimusongelmien ratkaisemiseen ja populääritähtitieteen edistämiseen. Me edistämme myös kansainvälistä yhteistyötä tähtitieteen alalla. ESO perustettiin hallitustenväliseksi järjestöksi vuonna 1962 ja nykyään ESO:ssa on mukana 16 jäsenvaltiota (Itävalta, Belgia, Tšekki, Tanska, Ranska, Suomi, Saksa, Irlanti, Italia, Alankomaat, Puola, Portugali, Espanja, Ruotsi, Sveitsi ja Yhdistynyt kuningaskunta) yhdessä Chilen isäntävaltion kanssa ja Australian kanssa strategisena kumppanina. ESO:n pääkonttori ja sen vierailijakeskus ja planetaario, ESO Supernova, sijaitsevat lähellä Müncheniä Saksassa. Chilen Atacaman aavikko on upea paikka, jossa on ainutlaatuiset olosuhteet tähtitaivaan tarkkailuun. Se on kaukoputkiemme sijoituspaikka. ESO:lla on kolme havaintopaikkaa: La Silla, Paranal ja Chajnantor. Paranalissa ESO operoi Very Large Telescope (VLT) kaukoputkea ja siihen liittyvää Very Large Telescope Interferometria sekä paikalla sijaitsevia taivaankartoitusteleskooppeja: infrapuna-alueella toimivaa VISTAa ja näkyvän valon alueella toimivaa VLT Survey Teleskooppia. Paranalissa ESO isännöi ja operoi myös Cherenkov Telescope Array South havaintolaitetta, joka on maailman suurin ja herkin gamma-alueella havaitseva observatorio. ESO operoi yhdessä kansainvälisten kumppaneiden kanssa APEX- ja ALMA-observatriota Chajnantorilla, jotka ovat kaksi millimetri- ja alimillimetrin alueella toimivaa havaintolaitetta. Rakennamme parhaillaan Paranalin lähelle Cerro Armazonesille "maailman suurinta silmää taivaalle”, ESO:n Erittäin suurta kaukoputkea (Extremely Large Telescope, ELT). Santiagossa, Chilessä sijaitsevista toimipisteistämme tuemme toimintaamme Chilessä ja olemme yhteydessä chileläisiin yhteistyökumppaneihin ja yhteiskuntaan.

Linkit

• Tutkimusartikkeli
• ALMA:n kuvia
• Median edustaja: Tilaa uutiskirje saadaksesi julkaisusulun alaiset uutiset omalla kielelläsi
• Tutkija, onko sinulla kerrottavaa? Pitchaa oma tutkimuksesi!

Yhteystiedot

Shep Doeleman
Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian
Cambridge, MA, United States
Puh.: +1-617-496-7762
Sähköposti: sdoeleman@cfa.harvard.edu

Thomas Krichbaum
Max Planck Institute for Radio Astronomy
Bonn, Germany
Puh.: +49 228 525 295
Sähköposti: tkrichbaum@mpifr-bonn.mpg.de

Bárbara Ferreira
ESO Media Manager
Garching bei München, Germany
Puh.: +49 89 3200 6670
Matkapuhelin: +49 151 241 664 00
Sähköposti: press@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