事件视界望远镜

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May 28, 2022

事件视界望远镜 (EHT) 是一个射电望远镜网络,用于使用超长基线干涉仪 (VLBI) 研究遥远的黑洞。世界各地的射电望远镜记录由黑洞引起的信号。产生的一系列测量结果被存储(数据量太大而无法通过互联网发送)并被带到数据载体上的计算机中心(例如波恩马克斯普朗克射电天文研究所的 VLBI 相关器)硬盘驱动器),在那里进行评估。地球表面上望远镜之间的大距离使得角分辨率远高于单个射电望远镜的角分辨率。该星团的前两个目标是位于银河系中心的超大质量黑洞人马座 A* 和位于巨型椭圆星系 M87 中心的黑洞。目的是检验广义相对论的预测,并为超大质量黑洞的高能喷流的形成找到解释。关于如何用相互连接的射电望远镜观察事件视界的第一个建议是在 2000 年提出的海诺·法尔克、富尔维奥·梅利亚和埃里克·阿戈尔。EHT 计划于 2012 年 1 月在图森举行的射电天文学家会议上最终确定(“聚焦黑洞:事件视界望远镜”)。在 1.3 mm (230 GHz) 的波长处观察到它;在更短的波长(0.87 毫米,对应于 345 GHz)正在为 2019 年做准备。EHT 成功的关键因素是 ALMA 无线电干涉仪于 2016 年在 230 GHz(也在 86 GHz 频段,对应于 3.5 mm 波长,在全球毫米波 VLBI 阵列,GMVA)具备 VLBI 能力。2017年4月上旬首次参加86GHz(GMVA)和230GHz(EHT)的VLBI观测,使南北方向的分辨率和灵敏度大大提高了三倍。自 2020 年 8 月以来,Huib Jan van Langevelde。创始董事是 Shep Doeleman。EHT 董事会主席是 Colin J. Lonsdale;董事会的创始主席是 Anton Zensus。科学顾问委员会由 Heino Falcke 的继任者 Daniel Marrone 领导。

M87星系中的黑洞

2019 年 4 月 10 日,向公众展示了银河系 M87 活动核心的第一张高分辨率图像。这是使用复杂图像处理算法和排除干扰效应进行数月分析的最终结果。M87 距离地球 5500 万光年,在 EHT 观测可用之前,其中心的黑洞质量估计为 66 亿太阳质量。首次展示了受引力扭曲的黑洞周围受热物质的吸积流。所示环的直径为 42 ± 3 微弧秒,宽度小于 20 微弧秒。可以通过与各种计算机模拟与所谓的黑洞阴影进行比较来识别环的内边缘。阴影是没有光逸出的区域的重力扭曲投影,以光子轨道为界,捕获的光围绕黑洞运行,可以通过扰动逃逸或被黑洞吸收。从地球上看,黑洞顺时针旋转,如已发表的数据所示。环下边缘的亮点可以通过相对于观察者视线倾斜 17 到 18 度的旋转轴和观察者方向的相对论光束来解释。相比之下,表征事件视界的史瓦西半径为 4 到 7 微弧秒。图像中的暗区对应于所谓的黑洞阴影,这是由紧邻的光子发射的引力透镜效应造成的的黑洞。它比事件视界大五倍。计算出的图像与基于广义相对论的模拟结果非常吻合,超出了预期,令波恩马克斯普朗克射电天文研究所所长安东·岑苏斯等参与的科学家感到惊讶。与 M87 喷流没有直接联系从录音。由于旋转轴对视线的倾斜和相对论效应,在光学上只能看到 M87 的两个喷流中的一个。许多陈述来自图像与计算机模拟的比较(由法兰克福大学的 Luciano Rezzolla 小组进行),但由于强重力造成的失真,关于潜在场景的结论并不总是很清楚 -例如,通过观察黑洞周围的辐射等离子体盘的边缘会出现类似的图像,因为时空的曲率会使顶部和底部同时可见。这些比较足以估计黑洞的质量为 6.5 ± 7 亿太阳质量,但不能确定角动量。在旋转黑洞的情况下,事件视界的形状(克尔度量)会发生变化,但偏差仅为 4% 左右,并且取决于视角。可以排除裸奇点,因为阴影会更小且更加不对称。在 2017 年 4 月的四天内,八台望远镜参与了图像的创建(在一个观察日总共拍摄了四张)。这八台望远镜分布在世界各地:亚利桑那州(SMT,亚毫米望远镜),智利(阿塔卡马大毫米/亚毫米阵列(Alma)和阿塔卡马探路者实验,Apex),夏威夷(亚毫米阵列,SMA,詹姆斯克拉克麦克斯韦望远镜,JCMT),墨西哥(大毫米望远镜,LMT),位于南极洲的南极(South Pole Telescope)和西班牙(内华达山脉的 Pico del Veleta,30 m IRAM 望远镜,PV)。望远镜的有效分辨率来自于各个望远镜的相互连接,对应于观测站之间的最远距离(11,000 公里);但不是聚光的力量。这仅对应于参与望远镜的总和。角分辨率对应于从地球上观察时月球上网球的分辨率。与此同时,EHT 网络也得到了扩展。非常广泛的数据(很多 PB,八台望远镜中的每台每天传输约 350 TB),例如来自南极洲的物理传输带来了特殊问题,然后必须在时间和望远镜方面进行精确比较结盟。数据分析是在马克斯普朗克射电天文研究所和麻省理工学院海斯塔克天文台进行的,耗时两年,不仅因为来自各种望远镜的数据组成,还因为参与其中的科学家希望确保在在复杂的成像过程结束后,他们面前确实有一个黑洞的直接图像。来自 20 个国家和 59 个机构的 200 多名科学家参与其中。2017年4月5日、6日、10日和11日这四个观测日,8个观测站均出现好天气窗口,同时银河系中心超大质量黑洞人马座A*的影像方式,被采取并且自那以后被进一步改进。这看起来大致相同(尽管它是 26. 更近 000 光年——大约一千倍——但 M87 中的黑洞大约重一千倍),但更具动态性,因此图像不那么清晰。射手座 A 附近的物质每隔几分钟旋转一次,而不是像 M87 那样每隔几天旋转一次。射手座 A 的图像也将很快(截至 2019 年 4 月)向公众展示。到目前为止,在呈现的图像中看不到阴影,但它们仍然针对地球和人马座 A 之间的星际空间中的散射效应进行了校正。目前(2019 年)只有 M87 和我们银河系的黑洞的阴影足够大被观察的意志。射手座 A 附近的物质每隔几分钟旋转一次,而不是像 M87 那样每隔几天旋转一次。射手座 A 的图像也将很快(截至 2019 年 4 月)向公众展示。到目前为止,在呈现的图像中看不到阴影,但它们仍然针对地球和人马座 A 之间的星际空间中的散射效应进行了校正。目前(2019 年)只有 M87 和我们银河系的黑洞的阴影足够大被观察的意志。射手座 A 附近的物质每隔几分钟旋转一次,而不是像 M87 那样每隔几天旋转一次。射手座 A 的图像也将很快(截至 2019 年 4 月)向公众展示。到目前为止,在呈现的图像中看不到阴影,但它们仍然针对地球和人马座 A 之间的星际空间中的散射效应进行了校正。目前(2019 年)只有 M87 和我们银河系的黑洞的阴影足够大被观察的意志。

参与机构

参与机构包括:

文学

事件视界望远镜合作:第一个 M87 事件视界望远镜结果,天体物理学杂志快报:I:超大质量黑洞的阴影,波段 875,2019,L1,Arxiv II:阵列和仪器,波段 875,2019,L 2,Arxiv III : 数据处理和校准,Band 875, 2019, L 3, Arxiv IV: 成像中央超大质量黑洞,Band 875, 2019, L 4, Arxiv V: Physical Origin of the Asymmetric Ring, Band 875, 2019, L 5, Arxiv 六。中央黑洞的阴影和质量,Band 875, 2019, L6, Arxiv Oliver Porth ua: The Event Horizo​​n General Relativistic Magnetohydrodynamic Code Comparison Project, Arxiv 2019 Vincent Fish ua (Event Horizo​​n Telescope Collaboration): Observing---and Imaging --- 活动星系核与事件视界望远镜,星系,波段 4,2016,Arxiv 2016 D. Psaltis,S. Doeleman:如何测量黑洞?在:科学光谱。2/16 号。Spectrum der Wissenschaft Verlagsgesellschaft,2016,ISSN 0170-2971(spectrum.de [2021 年 3 月 13 日访问] 需要订阅)。Thomas P. Krichbaum、Eduardo Ros、Helge Rottmann:事件视界望远镜 - 洞察 Messier 87 和 3C279 的中心。在:我们这个时代的物理学。第 51/6 号,2020 年 11 月 2 日,doi:10.1002/piuz.202001591。JA census 等人:对黑洞的敏锐观察,马克斯普朗克射电天文研究所新闻稿(2015 年 4 月 21 日)事件视界望远镜 - Messier 87 和 3C279 中心的视图。在:我们这个时代的物理学。第 51/6 号,2020 年 11 月 2 日,doi:10.1002/piuz.202001591。JA census 等人:对黑洞的敏锐观察,马克斯普朗克射电天文研究所新闻稿(2015 年 4 月 21 日)事件视界望远镜 - Messier 87 和 3C279 中心的视图。在:我们这个时代的物理学。第 51/6 号,2020 年 11 月 2 日,doi:10.1002/piuz.202001591。JA census 等人:对黑洞的敏锐观察,马克斯普朗克射电天文研究所新闻稿(2015 年 4 月 21 日)

网页链接

事件视界望远镜,出版物列表“与理论的惊人一致”,MPI 射电天文学,2019 年 4 月 10 日(Anton Zensus 采访)

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