حقق تلسكوب أفق الحدث عمليات رصد عالية الدقة غير مسبوقة من الأرض باستخدام تردد 345 جيجا هرتز لتقديم صور مفصلة ومعززة الألوان للثقوب السوداء.
يستخدم هذا التقدم في الفيزياء الفلكية قياس تداخل أساسي طويل جدًا لتوصيل أطباق راديو متعددة في جميع أنحاء العالم، مما يحسن فهمنا للظواهر المحيطة بالثقوب السوداء ويمهد الطريق لتصور مستقبلي عالي الدقة وتصوير في الوقت الفعلي لهذه الكيانات الكونية. .
اختراق في تصوير الثقب الأسود
أجرى تعاون Event Horizon Telescope (EHT) ملاحظات تجريبية لتحقيق أعلى دقة تم الحصول عليها على الإطلاق من سطح الأرض، حيث اكتشف الضوء من مراكز المجرات البعيدة بتردد يبلغ حوالي 345 جيجا هرتز.
وبدمجها مع صور الثقوب السوداء الهائلة في قلوب M87 وSgr A عند تردد منخفض يبلغ 230 جيجا هرتز، فإن هذه النتائج الجديدة لا تنتج وحدها. الثقب الأسود الصور واضحة بنسبة 50% ولكنها تنتج مشاهد متعددة الألوان تقع مباشرة خارج نطاق هذه الوحوش الكونية.
التطورات في علم الفلك الراديوي
اكتشافات جديدة يقودها علماء من مركز الفيزياء الفلكية | هارفارد وسميثسونيان (CFAصدر اليوم عن مرصد سميثسونيان للفيزياء الفلكية (SAO). مجلة علم الفلك.
“مع EHT، رأينا الصور الأولى للثقوب السوداء من خلال الكشف عن موجات الراديو عند 230 غيغاهرتز، ولكن الحلقة الساطعة التي رأيناها بسبب انحناء الضوء بسبب جاذبية الثقب الأسود جعلتها أكثر خفوتا بسبب مدى حدتنا في “يمكننا صنع صور”، قال القائد المشارك للورقة ألكسندر ريموند. وهو باحث سابق في مرحلة ما بعد الدكتوراه في CfA، والآن. ناسامختبر الدفع النفاث (ناسا-)مختبر الدفع النفاث) “عند التردد 345 غيغاهرتز، ستكون صورنا حادة ومفصلة، وتكشف عن خصائص جديدة، بعضها تم التنبؤ به مسبقًا والبعض الآخر لم يكن كذلك.”
التلسكوب الافتراضي على نطاق الأرض: إطلاق العنان لقوة EHT
يقوم EHT بإنشاء تلسكوب افتراضي بحجم الأرض من خلال ربط العديد من أطباق الراديو من جميع أنحاء العالم، باستخدام تقنية تسمى قياس التداخل الأساسي الطويل جدًا (VLBI). للحصول على صور ذات دقة أعلى، أمام علماء الفلك خياران: زيادة المسافة بين أطباق الراديو أو المراقبة بتردد أعلى. نظرًا لأن EHT كان بالفعل بحجم كوكبنا، فقد كنا بحاجة إلى توسيع نطاق تردده من خلال زيادة دقة عمليات الرصد الأرضية، وهو ما فعله تعاون EHT الآن.
قال شيبرد “شيب” دولمان، عالم الفيزياء الفلكية ومدير معهد CfA وSAO: “لفهم سبب كون هذا إنجازًا كبيرًا، فكر في التفاصيل الإضافية التي تحصل عليها عندما تنتقل من الصور بالأبيض والأسود إلى الألوان”. من EHT. “تسمح لنا هذه الرؤية الملونة الجديدة باستكشاف تأثيرات جاذبية أينشتاين من الغاز الساخن والمجالات المغناطيسية التي تغذي الثقوب السوداء وتطلق نفاثات قوية تتدفق عبر مسافات بين النجوم.”
يقوم المنشور بتقسيم الضوء الأبيض إلى قوس قزح من الألوان لأن الأطوال الموجية المختلفة للضوء تنتقل عبر الزجاج بسرعات مختلفة. لكن الجاذبية تحني كل الضوء بنفس الطريقة، لذلك توقع أينشتاين أن حجم الحلقات التي يراها EHT يجب أن يكون هو نفسه عند كل من 230 جيجا هرتز و345 جيجا هرتز، في حين أن الغاز الساخن الذي يحوم حول الثقوب السوداء سيكون مختلفًا عند هذين الترددين.
التغلب على التحديات التقنية في VLBI عالي التردد
هذه هي المرة الأولى التي يتم فيها استخدام تقنية VLBI بنجاح على تردد 345 جيجا هرتز. على الرغم من أنه كان من الممكن في السابق مراقبة السماء ليلاً باستخدام تلسكوبات واحدة بتردد 345 جيجاهرتز، إلا أن استخدام تقنية VLBI على هذا التردد قد شكل منذ فترة طويلة تحديات، وتغلب على الزمن والتقدم التكنولوجي. يمتص بخار الماء الموجود في الغلاف الجوي موجات بتردد 345 جيجا هرتز بدلًا من 230 جيجا هرتز ويضعف الإشارات الصادرة من الثقوب السوداء ذات الترددات الأعلى. كان المفتاح هو تحسين حساسية EHT، وهو ما فعله الباحثون من خلال زيادة عرض النطاق الترددي للأداة وانتظار الطقس الجيد في جميع المواقع.
التعاون العالمي والتكنولوجيا المتطورة
استخدمت التجربة الجديدة وحدتين فرعيتين أصغر من EHT – أتاكاما المكونة من مصفوفات كبيرة من المليمتر/دون المليمتر (ألما) وتجربة أتاكاما باثفايندر (APEX) في شيلي، وتلسكوب IRAM بطول 30 مترًا في إسبانيا، ومصفوفة المليمتر الشمالية الممتدة (NOEMA) في فرنسا، ومصفوفة دون المليمترية (SMA) في مونا كيا، هاواي، وتلسكوب جرينلاند. قياسات بدقة تصل إلى 19 ميكروثانية.
وقال نيميش باتيل، عالم الفيزياء الفلكية في CfA وSAO ومهندس المشروع في SMA: “تقع أقوى المراصد على الأرض على ارتفاعات عالية، حيث تكون الشفافية والاستقرار في الغلاف الجوي مثالية، لكن الظروف الجوية هي الأكثر دراماتيكية”. تحدت SMA الطرق المغطاة بالثلوج في مونا كيا لإجراء عمليات رصد جديدة، وفتحت المصفوفة في طقس مستقر بعد دقائق من عاصفة ثلجية. “الآن، مع أنظمة النطاق الترددي العالي التي تعالج وتلتقط مساحات واسعة من الطيف الراديوي، بدأنا في معالجة مشاكل الاستشعار الأساسية مثل الطقس. وكما أظهرت أجهزة الكشف الجديدة، فإن الوقت مناسب للتقدم إلى 345 جيجا هرتز.
مستقبل تصوير الثقب الأسود: مشروع ngEHT
يوفر هذا الإنجاز خطوة أخرى على طريق إنشاء أفلام عالية الدقة للبيئة الظواهرية المحيطة بالثقوب السوداء، وهي ترقية للمصفوفة العالمية الحالية. سيضيف مشروع الجيل التالي من EHT (ngEHT) المخطط له هوائيات جديدة لـ EHT في المواقع الجغرافية المثالية وترقية المحطات الحالية عن طريق ترقيتها جميعًا للعمل في وقت واحد على ترددات متعددة بين 100 جيجا هرتز و345 جيجا هرتز. ونتيجة لهذه التحسينات وغيرها، من المتوقع أن تعمل المصفوفة العالمية على زيادة كمية البيانات الحادة والواضحة للتصوير في EHT بمقدار 10 مرات، مما يمكّن العلماء ليس فقط من إنشاء صور أكثر تفصيلاً وحساسية، ولكن أيضًا أفلامًا تم تمثيلها بعنف. الوحوش الكونية.
معلما رئيسيا في البحوث الفيزيائية الفلكية
وقالت ليزا جيفلي، مديرة CfA وSAO: “إن المراقبة الناجحة لـ EHT عند 345 جيجا هرتز تعد إنجازًا علميًا كبيرًا”. “من خلال دفع حدود الدقة، فإننا نحقق الوضوح غير المسبوق في تصوير الثقوب السوداء الذي وعدنا به في البداية، ونضع معايير جديدة وأعلى لإمكانات أبحاث الفيزياء الفلكية الأرضية.”
لمعرفة المزيد عن هذا التقدم، انظر عمليات الرصد عالية التردد تكشف عن ثقوب سوداء غير مسبوقة.
المرجع: AW Raymond, S. Doeleman, et al., 27 أغسطس 2024، “أول اكتشاف لقياس التداخل الأساسي طويل جدًا عند 870 ميكرومتر.” مجلة علم الفلك.
دوى: 10.3847/1538-3881/ad5bdb