APEX-es pillantás az eseményhorizontra

2536

A chilei Andokban, az Atacama-sivatag 5000 méteres magasságában működő 12 m átmérőjű APEX mikrohullámú rádiótávcső fejlett műszereinek köszönhetően csatlakozni tudott a Föld egymástól távoli vidékein működő további rádióantennákhoz. Az így kialakított rendkívül hatékony interferometrikus műszerrel a csillagászok hihetetlen felbontással voltak képesek megfigyelni a galaxisunk középpontjában elhelyezkedő szupernagy tömegű fekete lyuk, a Sagittarius A* (Sgr A*) környezetét. A távcső a szélessávú adatrögzítőjének és rendkívül stabil hidrogénmézer-órájának köszönhetően kapcsolódhatott be az Event Horizon Telescope (Eseményhorizont távcső – EHT) nevű hálózatba. Ez a távcsőrendszer korábban csak három, a Föld északi féltekén működő rádiótávcsőből állt, így az APEX csatlakozása komoly előrelépést jelentett. Ezáltal a Sgr A* minden korábbinál részletesebben megfigyelhetővé vált. A műszeregyüttes felbontása 36 millió km-re csökkent, ami a központi fekete lyuk átmérőjének, vagyis Schwarzschild-sugarának mindössze háromszorosa.

A 12 m átmérőjű APEX mikrohullámú rádiótávcső a chilei Andokban 5000 m tengerszint feletti magasságban húzódó Chajnantor-fennsíkon. A szerző felvétele.

A csillagászok Albert Einstein általános relativitáselméletét igyekeznek ellenőrizni úgy, hogy közvetlen képet alkotnak egy fekete lyuk „árnyékáról”. Ilyen felvétel a nagyon hosszú bázisvonalú interferometria (Very Long Baseline Interferometry – VLBI) nevű technikával készíthető, ami a Földön egymástól nagyon távol, elszórva elhelyezett rádióantennák összekapcsolását jelenti. Az EHT antennái nagy tengerszint feletti magasságokban és távoli, elhagyatott helyszíneken működnek, ami optimális viszonyokat teremt a Tejútrendszer középpontjában lévő kompakt rádióforrás, a Sgr A* megfigyeléséhez. A csillagászok még 2013-ban végezték a most publikált megfigyeléseket, a chilei APEX távcső mellett a kaliforniai CARMA hálózatra, a Hawaii-i JCMT és SMA műszerekre, valamint az arizonai SMT rádiótávcsőre támaszkodva. A leghosszabb bázisvonal majdnem 10 ezer km volt, ami a megfigyelésekhez használt 1,3 mm-es hullámhossz mellett rendkívüli felbontást tett lehetővé [1]. Az interferométer tagjai közül egyébként egyedül az APEX működik a déli féltekén, ami a déli égbolton elhelyezkedő forrás miatt különösen előnyös. Azóta már a rendkívül érzékeny ALMA rádiótávcső-hálózat is csatlakozott az EHT interferométerhez, és éves rendszerességgel folytatják a Sgr A* megfigyelését.

„Az APEX távcső csatlakozása révén a korábbiakhoz képest majdnem megduplázódott a leghosszabb bázisvonal, így pedig mindössze 3 Schwarzschild-sugárra javult a felbontás.” – Magyarázza a kutatást vezető Ru-Sen Lu, a németországi Bonnban működő Max-Planck-Institut für Radioastronomie (MPIfR) kutatója. „Ezáltal az égitestnek az akkréciós korong feltételezett átmérőjénél kisebb méretű részletei is feloldhatóvá váltak.” – Teszi hozzá a kutatócsoport egy másik tagja, Thomas Kirchbaum, aki kezdeményezte az APEX csatlakozását az EHT műszeregyütteshez.

Sematikus ábra a galaxisunk középpontjában található szupernagy tömegű fekete lyuk, a Sagittarius A* 2013-as megfigyeléséről. A felső két ábra a mérésekhez illeszkedő két lehetséges modellt mutatja be: ring model – gyűrűs szerkezet, hot-spot model – foltos szerkezet. Forrás: Max Planck Society.

A mérések egy ultrakompakt és aszimmetrikus, nem pontszerű forrásra utalnak. A csillagászok modellek illesztésével igyekeztek meghatározni a Sgr A* szerkezetét az eseményhorizont méretskáláján. „A mérésekből való általános következtetések levonása helyett megkíséreltük kitalálni, hogy pontosan hogyan nézhet ki a Sgr A* horizontskálájú szerkezete. Nagyon biztató eredményekre jutottunk, egy gyűrűs szerkezet jól illeszkedik a méréseinkhez. Azonban egyelőre más modelleket, például több fényes folt együttesét sem tudjuk kizárni.” – avat be bennünket Ru-Sen Lu a munka részleteibe. Az EHT a jövőben további antennákkal is kiegészül majd, így ez a képalkotási nehézség meg fog oldódni.

A galaxisunk középpontjában lévő fekete lyuk sűrű csillagközi anyagba ágyazódik, ami torzíthatja az elektromágneses sugarak terjedését, a földi légkör által okozott szcintillációhoz hasonló jelenséget okozva. Igaz, ez a hatás az észlelések 1,3 mm-es hullámhosszán nem jelentős. „Legújabb eredményeink a fejlesztés alatt álló EHT számára fontos mérföldkövet jelentenek.” – magyarázza Sheperd Doeleman, a Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics munkatársa, az EHT program igazgatója. – „A 2017 óta az ALMA-val is kiegészült újabb EHT mérések értelmezése közelebb fog vinni bennünket ahhoz, hogy részletes képet alkothassunk a galaxisunk középpontjában lévő fekete lyukról.”

Megjegyzés:
[1] A távcsövek, illetve interferométerek szögfelbontása a távcsőátmérő, illetve bázisvonal hosszának a megfigyelési hullámhosszhoz való arányától függ. A 10 ezer km bázisvonalú, 1,3 mm hullámhosszon működő EHT felbontása ezért mintegy 500-szorosan meghaladja egy 10 m átmérőjű, a látható fény tartományában működő optikai távcső elméleti szögfelbontását.

Forrás: Phys.org

Az eredményeket bemutató szakcikk: Ru-Sen Lu et al. „Detection of Intrinsic Source Structure at ∼3 Schwarzschild Radii with Millimeter-VLBI Observations of SAGITTARIUS A*”, The Astrophysical Journal, 2018. május 23.

Hozzászólás

hozzászólás