HD 163296 прадстаўляе тыповы пратапланетны дыск, які праглядаецца супрацоўніцтвам DSHARP. Ён мае цэнтральны прапланетарны дыск, знешнія эмісійныя кольцы і прамежкі паміж імі. У гэтай сістэме павінна быць некалькі планет, і можна вызначыць дзіўны інтэр'ер артэфакта да 2-га-ад-крайняга кольца, які можа быць знакавым знакам абуральнай планеты. Шкала маштабу ўнізе справа - 10 АС, што адпавядае дазволу ўсяго некалькіх міліарсекунд. Гэта можа быць дасягнута толькі праз VLBI. (С. М. Эндрус і інш. І супрацоўніцтва DSHARP, ARXIV: 1812.04040)

Спытайце ў Ітана: Як дазваляе вельмі доўгая базавая інтэрфераметрыя выявіць чорную дзірку?

Менавіта тэхніка з тэлескопа "Гарызонт падзей" дала нам выяву чорнай дзіркі. Вось як гэта працуе.

Тэлескоп "Гарызонт падзей" дасягнуў таго, што ніколі не рабіў ні адзін іншы тэлескоп і масіў тэлескопаў: напрамую выяўляў гарызонт падзей чорнай дзіркі. Каманда з больш чым 200 навукоўцаў, якія выкарыстоўваюць дадзеныя з васьмі незалежных тэлескопавых аб'ектаў на пяці кантынентах, аб'ядналася для дасягнення гэтага манументальнага трыумфу. Нягледзячы на ​​тое, што ёсць шмат укладаў і дакладчыкаў, якія заслугоўваюць асвятлення, ёсць фундаментальная фізічная тэхніка, ад якой усё залежыць: Інтэрфераметрыя вельмі доўгага ўзроўню або VLBI. Прыхільнік Патрыёна Кен Блэкман хоча ведаць, як гэта працуе, і як ён уключыў гэты выдатны подзвіг, пытаючы:

[Тэлескоп падзей Гарызонт] выкарыстоўвае VLBI. Такім чынам, што такое інтэрфераметрыя і як яе выкарыстоўваюць [Тэлескоп Гарызонту падзей]? Здаецца, гэта быў ключавы кампанент у стварэнні малюнка M87, але я паняцця не маю як і чаму. Неабходна высветліць?

Ты на; давай зробім гэта.

Любы адлюстроўвае тэлескоп заснаваны на прынцыпе адлюстравання прамянёў, якія паступаюць, праз вялікае першаснае люстэрка, якое факусуе гэтае святло да кропкі, дзе ён альбо разбіваецца на дадзеныя, і запісваецца, альбо выкарыстоўваецца для пабудовы малюнка. Гэтая канкрэтная схема ілюструе светлавыя шляхі для сістэмы тэлескопа Гершэль-Ламаносаў. (WIKIMEDIA COMMONS USER EUDJINNIUS)

Для аднаго тэлескопа ўсё адносна проста. Святло паступае ў выглядзе шэрагу паралельных прамянёў, якія паходзяць з таго ж далёкага крыніцы. Святло дзівіць асноўнае люстэрка тэлескопа і засяроджваецца на адной кропцы. Калі паставіць дадатковае люстэрка (альбо набор люстэркаў) уздоўж шляху святла, яны не змяняюць гісторыю; яны проста мяняюцца там, дзе гэтае святло накручваецца, сыходзячы да пэўнай кропкі.

Усе гэтыя светлавыя прамяні прыходзяць да той самай канчатковай кропкі адначасова, дзе яны могуць быць альбо аб'яднаны ў выяву, альбо захаваны як неапрацаваныя дадзеныя, каб потым быць апрацаваны ў малюнак. Гэта ўльтра-асноўная версія тэлескопа: святло паступае ад крыніцы, засяроджваецца ў невялікім рэгіёне і запісваецца.

Невялікі ўчастак вельмі вялікага масіва Карла Янскага, аднаго з найбуйнейшых і самых магутных у свеце радыётэлескопаў. Калі асобныя стравы не будуць правільна сінхранізаваны разам, яны не дасягнуць больш высокага дазволу, чым адна страва. (Джон Джон Фаўлер)

Але што, калі ў вас няма ні аднаго тэлескопа, а некалькіх тэлескопаў, якія аб'яднаны ў нейкі масіў? Вы можаце падумаць, што вы можаце проста вырашыць гэтую праблему аналагічным чынам і засяродзіць святло ад кожнага тэлескопа так, як вы гэта зрабілі б для аднакаляровага тэлескопа. Святло ўсё яшчэ паступае ў паралельныя прамяні; кожнае першаснае люстэрка ўсё яшчэ факусуе гэтае святло да адной кропкі; светлавыя прамяні кожнага тэлескопа прыходзяць у канчатковую кропку адначасова; усе гэтыя дадзеныя могуць быць сабраны і захаваны.

Вы маглі б зрабіць гэта, вядома. Але гэта дало б толькі два незалежныя вобразы. Вы можаце аб'яднаць іх, але гэта дазволіць атрымаць толькі сярэднія дадзеныя. Было б так, быццам вы назіралі за адной мэтай адным тэлескопам у два розныя часы і складалі дадзеныя разам.

Пасля завяршэння квадратны кіламетровы масіў будзе складацца з масіва тысяч радыётэлескопаў, здольных бачыць далей у Сусвеце, чым любая абсерваторыя, якая вымярае любы тып зоркі ці галактыкі. (ОФІС РАЗВІЦЦЯ ПРАЕКТА SKA І АПАРТАМЕНТЫ АВТОМОБІЛІ SWINBURNE)

Гэта не дапаможа вам з вашай вялікай праблемай, якая заключаецца ў тым, што вам патрэбна крытычная ўзмоцненая дазвол, які пастаўляецца пры выкарыстанні сеткі тэлескопаў, звязаных разам з VLBI. Калі вы паспяхова злучыце некалькі тэлескопаў разам з тэхнікай VLBI, ён можа даць вам малюнак, які мае магутнасць збору святла асобных посудаў тэлескопа, дабаўленую разам, але (аптымальна) з дазволам адлегласці паміж посудам тэлескопа.

Гэтая тэхніка шмат разоў слаўна выкарыстоўвалася не толькі для малюнка чорнай дзіркі, нават нават для радыётэлескопаў. На самай справе, мабыць, найбольш відовішчны прыклад VLBI быў выкарыстаны Вялікім бінакулярным тэлескопам, які мае два 8-метровыя тэлескопы, якія мацуюцца разам, паводзіць сябе з дазволам ~ 23-метровага тэлескопа. У выніку ён можа развязаць функцыі, якія ніводная 8-метровая страва не можа, як вывяржэнне вулканаў на Іё, у той час як яно адчувае зацьменне з іншай луны Юпітэра.

Акультацыя Месяца Юпітэра, Іа, з вывяржэннем вулканаў Локі і Пеле, акуль закінутая Еўропай, што на гэтым інфрачырвоным малюнку нябачна. Вялікі бінакулярны тэлескоп здолеў зрабіць гэта дзякуючы тэхніцы інтэрферометры. (LBTO)

Ключ да разблакіроўкі такога тыпу харчавання заключаецца ў тым, што вам трэба мець магчымасць сабраць свае назіранні ў адзін і той жа момант. Светлавыя сігналы, якія паступаюць у тэлескопы, паступаюць пасля нязначнага часу святла, з-за рознай адлегласці, з хуткасцю святла, што ён прымае сігнал для перамяшчэння ад аб'екта крыніцы да розных дэтэктараў / тэлескопаў на Зямля.

Вы павінны ведаць час прыбыцця сігналаў у розных месцах тэлескопа ва ўсім свеце, каб мець магчымасць аб'яднаць іх у адно здымак. Толькі аб'яднаўшы дадзеныя, якія адпавядаюць прагляду аднаго і таго ж крыніцы адначасова, мы можам дасягнуць максімальнага дазволу, якое можа прапанаваць сетка тэлескопаў.

На гэтым дыяграме паказана месцазнаходжанне ўсіх тэлескопаў і масіваў тэлескопаў, якія выкарыстоўваюцца ў назіранні за падзеяй тэлескопа Горызонт 2017 года па паказчыку M87. Толькі тэлескоп Паўднёвага полюса не змог выявіць M87, бо ён знаходзіцца ў той частцы Зямлі, каб калі-небудзь убачыць цэнтр гэтай галактыкі. Кожнае з гэтых месцаў абсталяванае атамным гадзіннікам, сярод іншага. (NRAO)

Тое, што мы робім, практычна, выкарыстоўваючы атамныя гадзіны. У кожным з 8 месцаў па ўсім зямным шары, дзе тэлескоп "Гарызонт падзеі" прымае дадзеныя, - гэта атамны гадзіннік, які дазваляе нам утрымліваць час на некалькі секунд (10 ^ -18 с). Была неабходнасць усталяваць спецыялізаванае вылічальнае абсталяванне (як абсталяванне, так і праграмнае забеспячэнне), якое дазволіла б суаднясці і сінхранізаваць назіранні паміж рознымі станцыямі свету.

Вы павінны назіраць за адным і тым жа аб'ектам з аднолькавай частатой, выпраўляючы пры гэтым правільна адкаліраваны тэлескоп для рэчаў, такіх як атмасферны шум. Гэта працаёмкая задача, якая патрабуе велізарнай дакладнасці. Але калі вы туды трапляеце, выплата дзівіць.

Пратапланетны дыск вакол маладой зоркі Х. Л. Таўры, сфатаграфаваны ALMA. Прабелы ў дыску сведчаць аб наяўнасці новых планет. Гэтай сістэме ўжо сотні мільёнаў гадоў, і там планеты, хутчэй за ўсё, набліжаюцца да сваіх апошніх этапаў і арбіт. Гэта дазвол магчымы толькі дзякуючы выкарыстанню VLBI ALMA. (ALMA (ESO / NAOJ / NRAO))

Вышэй прыведзеная выява можа мець падобнае да чорнай дзіркі, але на самой справе гэта адно з самых вядомых малюнкаў з самага магутнага масіва радыётэлескопаў там: ALMA. ALMA расшыфроўваецца як вялікі міліметровы масіў Atacama / Submillimetre Array і складаецца з 66 незалежных радыётэхнічных страў, якія могуць быць адрэгуляваны паміж 150 метрамі на адлегласці да 16 кіламетраў.

Магутнасць збору святла якраз і вызначаецца плошчай асобных страў, складзеных разам; гэта не мяняецца. Але дазвол, які ён можа дасягнуць, вызначаецца адлегласцю паміж посудам. Вось так можна дасягнуць дазволу аж да некалькіх мілі-дуга-секунд, альбо дазволу 1/300 000-й ступені.

Вялікі міліметр / субміліметровы масіў Атакама (ALMA) - адзін з самых магутных радыётэлескопаў на Зямлі. Гэтыя тэлескопы могуць вымяраць даўжыня хвалі сігналаў атамаў, малекул і іёнаў, недаступных тэлескопам кароткіх хваль, як Хаббл, але могуць таксама вымераць дэталі пратапланетных сістэм і, магчыма, нават чужародныя сігналы, якія нават інфрачырвоныя тэлескопы не бачаць. Гэта было найважнейшае дапаўненне да тэлескопа

Але як уражвае ALMA, тэлескоп "Гарызонт падзеі" ідзе яшчэ далей. З дапамогай базавых ліній паміж станцыямі, якія набліжаюцца да дыяметра Зямлі - больш за 10 000 км - ён можа развязваць аб'екты на працягу ўсяго 15 мікрадуговых секунд. Гэта неверагоднае паляпшэнне дазволу - гэта тое, што дазволіла ёй выявіць гарызонт падзей чорнай дзіркі (па 42 мікра-дугі секунды) у цэнтры галактыкі M87.

Галоўнае ў атрыманні гэтага малюнка і ў выкананні гэтых назіранняў з высокім дазволам у цэлым заключаецца ў сінхранізацыі кожнага тэлескопа з назіраннямі, якія абсалютна супадаюць па часе. Зрабіць гэта проста ў канцэптуальным плане, але для рэалізацыі гэтага патрабавалася манументальная інавацыя.

У VLBI радыёсігналы запісваюцца на кожны з асобных тэлескопаў перад адпраўкай у цэнтральнае месца. Кожная атрыманая кропка дадзеных адзначана надзвычай дакладным атамным гадзіннікам высокай частоты разам з дадзенымі, каб дапамагчы навукоўцам правільна сінхранізаваць назіранні. (ГРАМАДЗІЙНЫ ДАМЕН / WIKIPEDIA USER RNT20)

Ключавы поспех прыйшоў у 1958 годзе, калі навуковец Роджэр Джэнісан напісаў знакамітую працу: "Фаза-адчувальны метад інтэрферометра для вымярэння пераўтварэнняў Фур'е ў прасторавым размеркаванні яркасці з невялікім вуглавым узроўнем. Гэта гучыць як глыток, але вось як вы гэта зразумелі проста.

  1. Уявіце, у вас ёсць тры антэны (або радыётэлескопы), усе падключаныя разам і падзеленыя на пэўныя адлегласці.
  2. Гэтыя антэны будуць атрымліваць сігналы з далёкай крыніцы, дзе можна вылічыць адносныя часы прыходу розных сігналаў.
  3. Калі вы змешваеце розныя сігналы разам, яны будуць перашкаджаць адзін аднаму, як з-за рэальных эфектаў, так і з-за памылак.
  4. Тое, што Джэнісан ініцыявала - і тое, што дагэтуль выкарыстоўваецца сёння ў выглядзе самакаліброўкі, - гэта методыка правільнага спалучэння рэальных эфектаў і ігнаравання памылак.

Гэта сёння вядома як сінтэз дыяфрагмы, і асноўны прынцып застаўся ранейшым на працягу 60 гадоў.

У красавіку 2017 года ўсе 8 масіваў тэлескопаў / тэлескопаў, звязаных з тэлескопам

Што фантастычна ў гэтай тэхніцы, гэта тое, што яе можна ўжываць літаральна ў любым дыяпазоне даўжынь хвалі. Зараз тэлескоп "Гарызонт падзеяў" вымярае радыёхвалі пэўнай частоты, але тэарэтычна ён можа працаваць на частаце ад трох да пяці разоў вышэй. Паколькі дазвол вашага тэлескопа залежыць ад таго, колькі хваль можа змясціцца па дыяметры вашага тэлескопа (або базавай лініі), пераход на больш высокія частоты азначае больш кароткую даўжыню хвалі і больш высокае дазвол. Мы маглі б атрымаць дазвол пяць разоў, не стварыўшы ніводнага новага стравы.

Першая чорная дзірка, магчыма, толькі што прыбыла некалькі дзён таму, але мы ўжо глядзім у будучыню. Першы гарызонт падзей сапраўды толькі пачатак. У дадатак да гэтага, тэлескоп "Гарызонт падзей" калі-небудзь павінен мець магчымасць развязваць асаблівасці далёкіх блазараў і іншых яркіх радыё-крыніц, што дазваляе нам разумець іх як ніколі раней. Сардэчна запрашаем у свет VLBI, дзе, калі вы хочаце тэлескоп больш высокага дазволу, вам проста трэба перанесці тыя, што ў вас далей!

Дасылайце пытанні, якія задаюць Ітана, на startwithabang па адрасе gmail dot com!

Цяпер пачынаецца з выбуху на Forbes, і апублікаваны на Medium дзякуючы нашым прыхільнікам Patreon. Этан з'яўляецца аўтарам дзвюх кніг "За межамі Галактыкі" і "Трэкнологія: Навука пра зорны шлях" ад трыкутнікаў да "драйву".