Novi korak u snimanju crnih rupa: Očekuju nas fotografije visoke rezolucije

Event Horizon Telescope (EHT) predvodi revoluciju u promatranju crnih rupa, najavljujući napredak koji će omogućiti izradu višebojnih slika i filmova u visokoj rezoluciji.

---

EHT je postao globalno poznat 2019. godine kada je objavljena prva slika crne rupe – M87, supermasivne crne rupe u središtu galaksije Messier 87. Međutim, ovaj projekt zapravo djeluje od 2009. godine, a njegovih 15 godina rada predstavlja kontinuirani napredak u tehnici dugobazične interferometrija (VLBI), koja stoji iza tih revolucionarnih slika.

Dosadašnji napori EHT-a uglavnom su se fokusirali na maksimalno iskorištavanje postojećih kapaciteta. No, prema novom radu objavljenom u časopisu The Astronomical Journal, EHT je pred velikim nadogradnjama. U radu su predstavljena uspješna testna promatranja svjetlosti frekvencije 345 GHz, što je značajan napredak u odnosu na trenutnih 230 GHz, te predstavlja prvu veliku promjenu u VLBI mjerenju visokofrekventne svjetlosti u nekoliko desetljeća. Ova promjena ključna je za povećanje kvalitete budućih slika EHT-a. Mogućnost snimanja na frekvenciji od 345 GHz omogućit će EHT-u stvaranje detaljnijih slika udaljenih objekata poput M87, izradu višebojnih kompozitnih fotografija, pa čak i, nakon planiranih nadogradnji, snimanje video zapsia ovih objekata. U radu su prikazane simulacije kako bi takve slike mogle izgledati.

Shepherd Doeleman, glavni autor rada i osnivač EHT projekta, izjavio je kako je ovaj napredak usporediv s jednim od ključnih trenutaka na putu prema uspješnom slijetanju na Mjesec: “To je kao Apollo 8, misija koja je poslala Franka Bormana, Jamesa Lovella i Williama Andersa u orbitu oko Mjeseca i dala nam poznatu fotografiju plavog planeta. Još imamo posla, ali smo vrlo blizu cilju.”

Kako funkcionira dugobazične interferometrija?

VLBI koristi globalnu mrežu teleskopa, od kojih je svaki usmjeren na isti objekt. Zbog udaljenosti između teleskopa, svjetlost s objekta stiže do svakog senzora u različito vrijeme, što znači da valna fronta svjetlosti doseže svaki teleskop u različitim fazama svoje periode. Spajanjem fotografija dobivenih s teleskopa stvara se takozvani interferencijski uzorak, koji se zatim koristi za rekonstrukciju jedne fotografije s većom razinom detalja nego što bi to mogao postići pojedinačni teleskop. Zbog toga se EHT često naziva “teleskopom veličine Zemlje”. Osnovni princip svakog teleskopa je da postoje dva ključna faktora koja određuju njegovu sposobnost razlučivanja udaljenih objekata: njegova veličina i frekvencija svjetlosti koju može mjeriti. Iako je EHT daleko složeniji od osnovnog optičkog teleskopa, ovaj princip ostaje isti – povećanje frekvencijskog raspona bilo je nužno za povećanje razlučivosti promatranja sa Zemlje.

Izazovi i tehnološki napredak

Postizanje napretka u ovoj tehnologiji bilo je izuzetno zahtjevno. Fotografije crne rupe M87* i crne rupe Sagittarius A* u središtu Mliječne staze snimljene su koristeći svjetlost valne duljine od 1,3 mm, što odgovara frekvenciji od 230 GHz. Ova valna duljina dugo je bila granica za VLBI tehnologiju. Prva mjerenja na ovoj razini izvedena su 1989. godine, a veći dio poboljšanja razlučivosti EHT-a postignut je povećanjem broja teleskopa u mreži i unapređenjem osjetljivosti njihovih senzora.

Novi rad je značajan jer predstavlja prvi napredak u mjerljivoj VLBI valnoj duljini u posljednjih 25 godina. Autori izvješćuju o višestrukim uspješnim mjerenjima na 870 µm (0,87 mm), što odgovara frekvenciji od 345 GHz. Ovo poboljšanje povećava kutnu razlučivost EHT-a za oko 50%, omogućujući snimanje oštrijih i detaljnijih fotografija nego što je to bilo moguće na 1,3 mm. Također, omogućava kombinaciju novih, oštrijih fotografija s onima snimljenim na većim valnim duljinama, čime se stvaraju višebojne slike.

Međutim, povećanje frekvencije nije bilo jednostavno. Zemljina atmosfera apsorbira više svjetlosti na 870 µm nego na 1,3 mm, što znači da manje svjetlosti te kraće valne duljine dospijeva do senzora u EHT-ovoj mreži. Atmosferske smetnje također uzrokuju veću buku i slabljenje signala, a učinkovitost teleskopa opada na višim frekvencijama.

Napredak u tehnologiji i globalna suradnja

Ovi izazovi savladani su zahvaljujući napretku tehnologije. U radu se ističu “kontinuirana poboljšanja u SIS spojevima,” koja su “pružila temelj za širu frekvencijsku opsežnost i veću osjetljivost prijamnika,” što je bilo ključno za uspjeh testnih promatranja na 870 µm. Također, naglašava se važnost globalne suradnje i komunikacije, s obzirom na to da je EHT “zajednički, međunarodni projekt neovisnih opservatorija.” Jedan od ključnih faktora za uspješna mjerenja na 870 µm bio je zapravo jednostavan, ali kritičan – osiguranje da se sva promatranja provode u optimalnim vremenskim uvjetima.

Planirane nadogradnje EHT-a, poznate kao “sljedeća generacija EHT-a” (ngEHT), još će se snažnije oslanjati na globalnu suradnju, uključujući više opservatorija u mrežu i omogućujući korištenje šireg spektra valnih duljina za stvaranje jedinstvene slike. Doeleman ističe, “Ovo je značajan korak prema snimanju crnih rupa u punoj boji i visokoj rezoluciji… vrlo velik korak!”