Коллаборация Event Horizon Telescope (EHT) достигла самого высокого разрешения, когда-либо полученного с поверхности Земли, обнаружив излучение из центров далёких галактик на частоте около 345 ГГц. Это достижение позволит создавать более чёткие и подробные изображения чёрных дыр, а также предоставит многоцветные изображения области, расположенной непосредственно за пределами их границ.

Новые результаты, полученные в сочетании с существующими изображениями сверхмассивных чёрных дыр в центрах M87 и Sgr A на более низкой частоте 230 ГГц, сделают изображения на 50% более чёткими. Это первый случай успешного использования техники VLBI (Very Long Baseline Interferometry) на частоте 345 ГГц, которая долгое время представляла трудности из-за поглощения волн атмосферой.

«С EHT мы увидели первые изображения чёрных дыр, обнаружив радиоволны на частоте 230 ГГц, но яркое кольцо, которое мы увидели, образованное изгибом света в гравитации чёрной дыры, всё ещё выглядело размытым, мы находились на абсолютных пределах того, насколько резкими мы могли сделать изображения. На частоте 345 ГГц наши изображения будут более чёткими и подробными, что, в свою очередь, вероятно, откроет новые свойства, как те, которые были предсказаны ранее, так и, возможно, некоторые, которые не были предсказаны», — сказал соруководитель работы Александр Рэймонд из Лаборатории реактивного движения NASA (NASA-JPL).

Слева — составное смоделированное изображение как M87* видна телескопу Event Horizon на частотах 86 ГГц (красный), 230 ГГц (зелёный) и 345 ГГц (синий). Справа более компактные и чёткие изображения сверхмассивных чёрных дыр на каждой частоте. Источник: EHT, D. Pesce, A. Chael

EHT создает виртуальный телескоп размером с Землю, связывая вместе несколько радиотарелок по всему миру, используя технику VLBI. Чтобы получить изображения с более высоким разрешением, у астрономов есть два варианта: увеличить расстояние между приёмниками или вести наблюдения на более высокой частоте. Поскольку EHT уже был размером с нашу планету, для повышения разрешения наземных наблюдений требовалось расширить его частотный диапазон, именно это и сделала Коллаборация EHT.

«Чтобы понять, почему это прорыв, подумайте о всплеске дополнительной детализации, который вы получаете при переходе от чёрно-белых фотографий к цветным. Это новое «цветное зрение» позволит нам отделить эффекты гравитации Эйнштейна от горячего газа и магнитных полей, которые питают чёрные дыры и запускают мощные джеты, которые простираются на галактические расстояния», — сказал соруководитель статьи Шеперд Доулман, астрофизик из CfA и SAO, а также основатель EHT.

Призма расщепляет белый свет потому что разные длины волн света проходят через стекло с разной скоростью. Но гравитация изгибает весь свет одинаково, поэтому Эйнштейн предсказывает, что размер колец, видимых EHT, должен быть одинаковым как на 230 ГГц, так и на 345 ГГц, в то время как горячий газ вокруг чёрных дыр будет выглядеть по-разному на этих двух частотах.

Учёные использовали две небольшие антенны EHT, состоящие из Атакамской большой миллиметровой /субмиллиметровой решётки (ALMA) и Атакамского телескопа Pathfinder EXperiment (APEX) в Чили, 30-метрового телескопа IRAM в Испании, Северного миллиметрового массива (NOEMA) во Франции, субмиллиметровой решётки (SMA) на Маунакеа (на Гавайях) и Гренландского телескопа, — для проведения измерений с разрешением до 19 угловых микросекунд.

Схема расположения массивов EHT. Источник: CfA/SAO, Mel Weiss

«Самые мощные места для наблюдений на Земле находятся на больших высотах, где прозрачность и стабильность атмосферы оптимальны, но погода может быть более драматичной», — сказал Нимеш Патель, астрофизик из CfA и SAO, а также инженер проекта в SMA, добавив, что в SMA для проведения новых наблюдений пришлось преодолевать обледенелые дороги в Маунакеа, чтобы открыть массив в стабильную погоду после снежной бури, когда оставалось всего несколько минут.

«С помощью систем с высокой пропускной способностью, которые обрабатывают и захватывают более широкие полосы радиоспектра, мы начинаем преодолевать основные проблемы с чувствительностью, такие как погода. Как показывают новые наблюдения, настало время перейти на частоту 345 ГГц», — добавил Патель.

Это достижение также обеспечивает ещё один шаг на пути к созданию высококачественных данных о горизонте событий вокруг чёрных дыр, которые будут опираться на обновления существующего массива. Планируемый проект следующего поколения EHT (ngEHT) добавит новые антенны к EHT в оптимизированных географических точках и улучшит существующие станции, обновив их все для работы на нескольких частотах от 100 ГГц до 345 ГГц одновременно.

Ожидается, что в результате этих и других усовершенствований массив увеличит объём чётких и ясных данных, которые EHT может предоставить для визуализации, в 10 раз, что позволит не только создавать более подробные и точные изображения, но и захватывать динамику событий.

Проект EHT продолжает свою работу по изучению чёрных дыр и других астрофизических объектов, используя уникальные возможности для получения высококачественных изображений и данных. Благодаря этому проекту учёные смогут получить более подробное понимание экстремальных объектов и их роли в формировании Вселенной.