El Event Horizon Telescope ( EHT ) es un gran conjunto de telescopios que consta de una red global de radiotelescopios . Los datos cosechadoras de proyectos EHT de varios interferometría de muy larga base (VLBI) estaciones alrededor de la Tierra, que forman una matriz combinada con una resolución angular suficiente para observar objetos del tamaño de un agujero negro 's horizonte de sucesos . Los objetivos de observación del proyecto incluyen los dos agujeros negros con el diámetro angular más grande observado desde la Tierra: el agujero negro en el centro de la galaxia elíptica supergigante. Messier 87 (M87) y Sagitario A * (Sgr A *) en el centro de la Vía Láctea . [1] [2] [3]
Nombres alternativos | EHT |
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Sitio web | eventhorizontelescope |
Telescopios | Atacama Gran Matriz Milimétrica Atacama Pathfinder Experimento Telescopio Submilimétrico Heinrich Hertz Telescopio IRAM de 30 m Telescopio James Clerk Maxwell Telescopio Milimétrico Grande Telescopio del Polo Sur Matriz Submilimétrica |
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El proyecto Event Horizon Telescope es una colaboración internacional lanzada en 2009 [1] después de un largo período de desarrollos teóricos y técnicos. En el lado de la teoría, el trabajo en la órbita de los fotones [4] y las primeras simulaciones de cómo se vería un agujero negro [5] progresaron a predicciones de imágenes VLBI para el agujero negro del Centro Galáctico, Sgr A *. [6] [7] Los avances técnicos en la observación de radio se movieron desde la primera detección de Sgr A *, [8] a través de VLBI en longitudes de onda progresivamente más cortas, lo que finalmente condujo a la detección de la estructura a escala del horizonte tanto en Sgr A * como en M87. [9] [10] La colaboración ahora comprende más de 300 [11] miembros, 60 instituciones, que trabajan en 20 países y regiones. [3]
La primera imagen de un agujero negro, en el centro de la galaxia Messier 87, fue publicada por la Colaboración EHT el 10 de abril de 2019, en una serie de seis publicaciones científicas. [12] La matriz hizo esta observación a una longitud de onda de 1,3 mm y con una resolución teórica limitada por difracción de 25 microsegundos de arco . En marzo de 2021, la Colaboración presentó, por primera vez, una imagen polarizada del agujero negro que puede ayudar a revelar mejor las fuerzas que dan lugar a los cuásares . [13] Los planes futuros implican mejorar la resolución de la matriz agregando nuevos telescopios y tomando observaciones de longitud de onda más corta. [2] [14]
Matriz de telescopios
El EHT está compuesto por muchos observatorios de radio o instalaciones de radiotelescopios en todo el mundo, que trabajan juntos para producir un telescopio de alta sensibilidad y alta resolución angular. A través de la técnica de interferometría de línea de base muy larga (VLBI), muchas antenas de radio independientes separadas por cientos o miles de kilómetros pueden actuar como una matriz en fase , un telescopio virtual que puede apuntar electrónicamente, con una apertura efectiva que es el diámetro de todo el planeta, mejorando sustancialmente su resolución angular. [15] El esfuerzo incluye el desarrollo y despliegue de receptores submilimétricos de polarización dual , estándares de frecuencia altamente estables para permitir interferometría de línea de base muy larga a 230-450 GHz, grabadores y backends VLBI de mayor ancho de banda, así como la puesta en servicio de nuevos sitios VLBI submilimétricos . [dieciséis]
Cada año desde su primera captura de datos en 2006, la matriz EHT se ha movido para agregar más observatorios a su red global de radiotelescopios. Se esperaba que la primera imagen del agujero negro supermasivo de la Vía Láctea, Sagitario A *, se obtuviera a partir de datos tomados en abril de 2017, [17] [18] pero debido a que no hay vuelos dentro o fuera del Polo Sur durante el invierno austral ( Abril a octubre), el conjunto de datos completo no se pudo procesar hasta diciembre de 2017, cuando llegó el envío de datos del South Pole Telescope . [19]
Los datos recopilados en los discos duros son transportados por aviones comerciales de carga [20] (un llamado sneakernet ) desde los diversos telescopios hasta el Observatorio Haystack del MIT y el Instituto Max Planck de Radioastronomía , donde los datos se correlacionan y analizan en un computadora de cuadrícula hecha de aproximadamente 800 CPU, todas conectadas a través de una red de 40 Gbit / s . [21]
Debido a la pandemia de COVID-19 , los patrones climáticos y la mecánica celeste, la campaña de observación de 2020 se pospuso hasta marzo de 2021. [22]
Messier 87 *
Event Horizon Telescope Collaboration anunció sus primeros resultados en seis conferencias de prensa simultáneas en todo el mundo el 10 de abril de 2019. [23] [24] [25] El anuncio presentó la primera imagen directa de un agujero negro, que mostraba el agujero negro supermasivo en el centro de Messier 87 , designado M87 *. [2] [26] [27] Los resultados científicos se presentaron en una serie de seis artículos publicados en The Astrophysical Journal Letters . [28]
La imagen proporciona una prueba de Albert Einstein 's teoría general de la relatividad en condiciones extremas. [15] [18] Los estudios han probado previamente la relatividad general al observar los movimientos de las estrellas y las nubes de gas cerca del borde de un agujero negro. Sin embargo, una imagen de un agujero negro acerca aún más las observaciones al horizonte de sucesos. [29] La relatividad predice una región oscura similar a una sombra, causada por la curvatura gravitacional y la captura de luz, [6] [7] que coincide con la imagen observada. El artículo publicado afirma: "En general, la imagen observada es coherente con las expectativas de la sombra de un agujero negro de Kerr giratorio como predice la relatividad general". [30] Paul TP Ho, miembro de la Junta de EHT, dijo: "Una vez que estuvimos seguros de que habíamos obtenido una imagen de la sombra, pudimos comparar nuestras observaciones con extensos modelos de computadora que incluyen la física del espacio deformado, materia sobrecalentada y campos magnéticos fuertes. Muchos de las características de la imagen observada coinciden sorprendentemente bien con nuestra comprensión teórica ". [28]
La imagen también proporcionó nuevas medidas para la masa y el diámetro de M87 *. EHT midió la masa del agujero negro como6.5 ± 0.7 mil millones de masas solares y midió el diámetro de su horizonte de eventos en aproximadamente 40 mil millones de kilómetros (270 AU; 0.0013 pc; 0.0042 ly), aproximadamente 2.5 veces más pequeño que la sombra que proyecta, vista en el centro de la imagen. [28] [29] Observaciones anteriores de M87 mostraron que el chorro a gran escala está inclinado en un ángulo de 17 ° con respecto a la línea de visión del observador y orientado en el plano del cielo en un ángulo de posición de -72 °. [2] [31] A partir del brillo mejorado de la parte sur del anillo debido a la emisión relativista de la emisión del chorro de la pared del embudo que se aproxima, EHT concluyó que el agujero negro, que ancla el chorro, gira en el sentido de las agujas del reloj, visto desde la Tierra. [2] [14] Las simulaciones de EHT permiten la rotación programada y retrógrada del disco interno con respecto al agujero negro, mientras que excluyen el giro cero del agujero negro utilizando una potencia de chorro mínima conservadora de 10 42 erg / s mediante el proceso Blandford-Znajek . [2] [32]
Producir una imagen a partir de datos de una serie de radiotelescopios requiere mucho trabajo matemático. Cuatro equipos independientes crearon imágenes para evaluar la confiabilidad de los resultados. [33] Estos métodos incluían tanto un algoritmo establecido en radioastronomía para la reconstrucción de imágenes conocido como CLEAN , inventado por Jan Högbom , [34] como métodos de procesamiento de imágenes de autocalibración [35] para astronomía como el algoritmo CHIRP creado por Katherine Bouman y otros. [33] [36] Los algoritmos que se utilizaron en última instancia fueron un algoritmo de máxima verosimilitud regularizada (RML) [37] y el algoritmo CLEAN . [33]
En marzo de 2020, los astrónomos propusieron una forma mejorada de ver más anillos en la primera imagen de un agujero negro. [38] [39] En marzo de 2021, se reveló una nueva foto que muestra cómo se ve el agujero negro M87 en luz polarizada. Esta es la primera vez que los astrónomos han podido medir la polarización tan cerca del borde de un agujero negro. Las líneas de la foto marcan la orientación de la polarización, que está relacionada con el campo magnético alrededor de la sombra del agujero negro. [40]
3C 279
En abril de 2020, el EHT publicó las primeras imágenes de resolución de 20 microarcsegundos del arquetípico blazar 3C 279 que observó en abril de 2017. [41] Estas imágenes, generadas a partir de observaciones durante 4 noches en abril de 2017, revelan componentes brillantes de un jet cuya proyección en el plano del observador exhibe movimientos superlumínicos aparentes con velocidades de hasta 20 c. [42] Tal movimiento superluminal aparente de emisores relativistas, como un chorro que se acerca, se explica por la emisión que se origina más cerca del observador (corriente abajo a lo largo del chorro) alcanzando la emisión que se origina más lejos del observador (en la base del chorro) a medida que el chorro se propaga cerca. a la velocidad de la luz en pequeños ángulos a la línea de visión.
Colaboración
La Colaboración EHT consta de 13 institutos interesados: [3]
- el Instituto Academia Sínica de Astronomía y Astrofísica
- la Universidad de Arizona
- la Universidad de Chicago
- el Observatorio de Asia Oriental
- Universidad Goethe Frankfurt
- Observatorio Astrofísico Smithsonian (parte del Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica )
- Institut de radioastronomie millimétrique (IRAM, en sí mismo una colaboración entre el CNRS francés , la Sociedad Max Planck alemana y el Instituto Geográfico Nacional español ),
- Gran Telescopio Milimétrico Alfonso Serrano
- Instituto Max Planck de Radioastronomía
- Observatorio MIT Haystack
- Observatorio Astronómico Nacional de Japón
- Instituto Perimetral de Física Teórica
- Universidad Radboud
Las instituciones afiliadas al EHT incluyen: [43]
- Universidad Aalto
- Universidad de Boston
- Universidad de Brandeis
- Instituto de Tecnología de California
- Instituto Canadiense de Investigaciones Avanzadas
- Instituto Canadiense de Astrofísica Teórica
- Universidad Tecnológica de Chalmers , Observatorio Espacial Onsala
- Academia china de ciencias
- Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología
- Universidad de Cornell , Centro de Astrofísica y Ciencias Planetarias
- Consejo Europeo de Investigaciones
- Investigación de Google
- La Universidad de Posgrado de Estudios Avanzados (SOKENDAI), Departamento de Ciencia Estadística / Departamento de Ciencia Astronómica
- Universidad de Hiroshima , Centro de Ciencias Astrofísicas de Hiroshima
- Universidad de Ciencia y Tecnología de Huazhong , Facultad de Física
- Instituto de Matemática Estadística
- Instituto de Astrofísica de Andalucía , Consejo Superior de Investigaciones Científicas
- Instituto Geográfico Nacional
- Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica
- Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) - Istituto di Radioastronomia , Centro Regional Italiano ALMA
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare , Sezione di Napoli
- Instituto Conjunto de VLBI en Europa
- Universidad de Ingeniería Tecnológica de Kogakuin
- Instituto de Astronomía y Ciencias Espaciales de Corea
- Universidad de Leiden , Observatorio de Leiden
- Laboratorio Nacional Los Alamos
- Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik
- Universidad de Nanjing , Laboratorio clave de astronomía y astrofísica modernas / Escuela de astronomía y ciencias espaciales
- Observatorio Nacional de Astronomía Óptica
- Observatorio Nacional de Radioastronomía
- Universidad Nacional Sun Yat-Sen , Departamento de Física
- Universidad Nacional de Taiwán , Departamento de Física
- Organización de los Países Bajos para la Investigación Científica
- Universidad de Pekín , Departamento de Astronomía, Facultad de Física / Instituto Kavli de Astronomía y Astrofísica
- Universidad de Rhodes , Centro de Técnicas y Tecnologías de Radioastronomía, Departamento de Física y Electrónica
- Universidad Nacional de Seúl , Departamento de Física y Astronomía
- Universidad de Tohoku , Instituto de Astronomía / Instituto de Investigación Frontier para Ciencias Interdisciplinarias
- Universidad de Concepción , Departamento de Astronomía
- Universidad Nacional Autónoma de México , Instituto de Astronomía / Instituto de Radioastronomía y Astrofísica
- Universitat de València , Departament d'Astronomia i Astrofísica / Observatori Astronòmic
- University College London , Laboratorio de Ciencias Espaciales Mullard
- Universidad de Amsterdam , Instituto Anton Pannekoek y GRAPPA
- Universidad de Arizona
- Universidad de California, Berkeley
- Universidad de California Santa Bárbara
- Universidad de la Academia de Ciencias de China , Facultad de Astronomía y Ciencias Espaciales
- Universidad de Illinois , Departamento de Astronomía / Departamento de Física
- Universidad de Massachusetts Amherst , Departamento de Astronomía
- Universidad de Pretoria , Departamento de Física
- Universidad de ciencia y tecnologia
- Universidad de Ciencia y Tecnología de China , Departamento de Astronomía
- Universidad de San Petersburgo , Instituto de Astronomía
- Universidad de Tokio , Facultad de Ciencias, Departamento de Astronomía / Instituto Kavli de Física y Matemáticas del Universo
- Universidad de Toronto , Instituto Dunlap de Astronomía y Astrofísica
- Universidad de Waterloo , Centro de Astrofísica de Waterloo / Departamento de Física y Astronomía
- Universidad de Yonsei , Departamento de Astronomía
Referencias
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enlaces externos
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