Teleskop terkuat di Bumi menangkap gambar lubang hitam dengan detail yang belum pernah terjadi sebelumnya

Event Horizon Telescope mampu mencapai observasi resolusi tinggi yang belum pernah terjadi sebelumnya dari Bumi menggunakan frekuensi 345 GHz, memberikan gambar lubang hitam yang lebih detail dan berwarna.

Kemajuan dalam astrofisika ini memanfaatkan interferensi fundamental yang sangat panjang untuk menghubungkan beberapa antena radio secara global, meningkatkan pemahaman kita tentang fenomena di sekitar lubang hitam dan membuka jalan bagi visualisasi resolusi tinggi di masa depan dan potensi pencitraan real-time dari entitas kosmik ini.

Sebuah terobosan dalam pencitraan lubang hitam

Proyek Event Horizon Telescope (EHT) berhasil melakukan uji observasi yang mencapai resolusi tertinggi yang pernah diperoleh dari permukaan bumi, dengan mendeteksi cahaya yang datang dari pusat galaksi jauh dengan frekuensi sekitar 345 gigahertz.

Jika digabungkan dengan gambar lubang hitam masif yang ada di inti M87 dan Sgr A pada frekuensi rendah 230 GHz, hasil baru ini memberi kita lebih dari sekadar studi tentang fenomena ini. Lubang hitam Gambarnya 50% lebih tajam tetapi juga menghasilkan pemandangan multi-warna dari area di luar batas monster kosmik ini.

Perbaikan dalam astronomi radio

Penemuan baru dipimpin oleh ilmuwan dari Pusat Astrofisika | Harvard dan Smithsonian (CFA) yang mencakup Smithsonian Astrophysical Observatory (SAO), yang diterbitkan hari ini di Majalah astronomi.

“Dengan menggunakan Event Horizon Telescope, kami melihat gambar pertama lubang hitam dengan mendeteksi gelombang radio pada frekuensi 230 GHz,” kata rekan penulis Alexander Raymond, yang merupakan peneliti pascadoktoral di Harvard Fine Arts Center dan sekarang bekerja di Harvard Fine Arts. Center. “Tetapi cincin terang yang kami lihat, yang terbentuk oleh pembelokan cahaya akibat gravitasi lubang hitam, masih tampak buram karena kami berada pada batas absolut seberapa tajam gambar yang dapat kami ambil.” NASALaboratorium Propulsi Jet NASALaboratorium Propulsi Jet“Pada 345 GHz, gambar kita akan lebih tajam dan detail, yang akan mengungkap properti baru, baik yang telah diprediksi sebelumnya maupun mungkin beberapa yang tidak diprediksi.”

Teleskop virtual seukuran Bumi: mengeluarkan kekuatan EHT

EHT menciptakan teleskop virtual seukuran Bumi dengan menghubungkan beberapa antena radio di seluruh dunia, menggunakan teknik yang disebut interferometri garis dasar sangat panjang (VLBI). Untuk mendapatkan gambar dengan resolusi lebih tinggi, para astronom memiliki dua pilihan: menambah jarak antar antena radio atau mengamati pada frekuensi yang lebih tinggi. Karena EHT sudah seukuran planet kita, meningkatkan resolusi pengamatan di darat memerlukan perluasan rentang frekuensinya, dan itulah yang kini dilakukan oleh kolaborasi EHT.

“Untuk memahami mengapa ini merupakan terobosan besar, pikirkan tentang ledakan besar detail ekstra yang Anda dapatkan saat beralih dari gambar hitam-putih ke gambar berwarna,” kata rekan penulis penelitian Shepard “Shep” Doleman, astrofisikawan di The Pusat Seni Rupa Cambridge. Observatorium Sotheby, dan direktur pendiri Event Horizon Telescope. “’Penglihatan warna’ baru ini memungkinkan kita memisahkan efek gravitasi Einstein dari gas panas dan medan magnet yang menjadi bahan bakar lubang hitam dan meluncurkan jet kuat yang mengalir melintasi jarak galaksi.”

Sebuah prisma membagi cahaya putih menjadi pelangi warna karena panjang gelombang cahaya yang berbeda merambat dengan kecepatan berbeda melalui kaca. Namun gravitasi membelokkan semua cahaya dengan cara yang sama, jadi Einstein memperkirakan ukuran cincin yang terlihat oleh EHT akan serupa pada frekuensi 230 GHz dan 345 GHz, sedangkan gas panas yang mengorbit lubang hitam akan terlihat berbeda pada kedua frekuensi tersebut.

Mengatasi tantangan teknologi pada VLBI frekuensi tinggi

Ini adalah pertama kalinya teknologi VLBI berhasil digunakan pada frekuensi 345 GHz. Meskipun kemampuan untuk mengamati langit malam dengan teleskop individu pada frekuensi 345 GHz sudah ada sebelumnya, penggunaan teknologi VLBI pada frekuensi ini telah lama menghadirkan tantangan yang memerlukan waktu dan kemajuan teknologi untuk mengatasinya. Uap air di atmosfer menyerap gelombang pada 345 GHz lebih banyak daripada 230 GHz, sehingga melemahkan sinyal dari lubang hitam pada frekuensi yang lebih tinggi. Kuncinya adalah meningkatkan sensitivitas EHT, yang dilakukan peneliti dengan meningkatkan bandwidth instrumen dan menunggu cuaca bagus di semua lokasi.

Kerja sama global dan teknologi mutakhir

Eksperimen baru menggunakan dua sub-array kecil EHT – yang terdiri dari Array Milimeter/submilimeter Besar Atacama (Alma) Eksperimen Atacama Pathfinder (APEX) di Chili, teleskop IRAM 30 meter di Spanyol, Northern Extended Millimeter Array (NOEMA) di Prancis, Submillimeter Array (SMA) di Mauna Kea di Hawaii, dan Teleskop Greenland – untuk pengukuran dengan akurasi hingga 19 mikrodetik Arc.

“Lokasi pengamatan paling kuat di Bumi berada di ketinggian, di mana transparansi dan stabilitas atmosfer ideal, tetapi cuacanya bisa lebih dramatis,” kata Nimesh Patel, ahli astrofisika di CfA dan SAO, dan insinyur proyek di SMA, menambahkan bahwa di SMA, observasi baru memerlukan Challenge the Icy Roads of Mauna Kea untuk membuka lokasi syuting dalam cuaca stabil setelah badai salju dengan menit tambahan. “Sekarang, dengan sistem bandwidth yang lebih tinggi yang memproses dan menangkap spektrum radio yang lebih luas, kita mulai mengatasi masalah mendasar dalam hal sensitivitas, seperti cuaca. Saatnya sudah tepat, seperti yang ditunjukkan oleh penemuan baru, untuk maju ke 345 GHz.”

Masa depan pencitraan lubang hitam: proyek ngEHT

Pencapaian ini juga memberikan landasan lain dalam pembuatan film resolusi tinggi tentang lingkungan cakrawala peristiwa di sekitar lubang hitam, yang akan melanjutkan peningkatan pada susunan global yang ada. Proyek Next Generation EHT (ngEHT) yang direncanakan akan menambahkan antena baru ke EHT di lokasi geografis yang lebih baik dan meningkatkan stasiun yang ada dengan meningkatkan semuanya agar beroperasi pada beberapa frekuensi antara 100 GHz dan 345 GHz secara bersamaan. Sebagai hasil dari peningkatan ini dan peningkatan lainnya, Global Array diharapkan dapat meningkatkan jumlah data yang tajam dan jelas yang dimiliki EHT untuk pencitraan sebanyak 10 kali lipat, memungkinkan para ilmuwan tidak hanya menghasilkan gambar yang lebih detail dan sensitif tetapi juga film yang dibintanginya. binatang kosmik yang kejam.

Sebuah pencapaian besar dalam bidang penelitian astrofisika

“Keberhasilan pengamatan EHT pada 345 GHz merupakan pencapaian ilmiah yang besar,” kata Lisa Kewley, Direktur Observatorium CfA dan SAO. “Dengan mendorong batas resolusi hingga batasnya, kami mencapai kejernihan yang belum pernah terjadi sebelumnya dalam pencitraan warna hitam lubang yang kami janjikan pada saat itu.” “Sejak awal, dan kami menetapkan standar baru dan lebih tinggi untuk kemampuan penelitian astrofisika di Bumi.”

Untuk mempelajari lebih lanjut tentang penemuan ini, lihat Lubang hitam yang diamati menggunakan frekuensi tinggi yang belum pernah terlihat sebelumnya.

Referensi: “Penemuan pertama interferensi garis dasar yang sangat panjang pada 870 µm” oleh A. W. Raymond dan S. Doeleman dkk., 27 Agustus 2024, Majalah astronomi.
DOI: 10.3847/1538-3881/ad5bdb