Τηλεσκόπιο Ορίζοντα Γεγονότων

Το Τηλεσκόπιο Ορίζοντα Γεγονότων (Αγγλ:. Event Horizon Telescope - EHT) είναι μια μεγάλη συστοιχία τηλεσκοπίων αποτελούμενη από ένα παγκόσμιο δίκτυο ραδιοτηλεσκοπίων. Το έργο της παγκόσμιας συστοιχίας συμβολομετρικών τηλεσκοπίων συνδυάζει δεδομένα από πολλούς επίγειους σταθμούς VLBI (very-long-baseline interferometry stations) γωνιακής ανάλυσης ικανής για παρατήρηση αντικειμένων μεγέθους του ορίζοντα γεγονότων μιας Υπερμεγέθους Μαύρης Τρύπας. Οι στόχοι παρατήρησης του έργου περιλαμβάνουν τις δύο μαύρες τρύπες με τη μεγαλύτερη γωνιακή διάμετρο που παρατηρείται από τη Γη: τη μαύρη τρύπα στο κέντρο του υπεργιγάντιου ελλειπτικού γαλαξία Μεσιέ 87 και του Τοξότη Α *, στο κέντρο του Γαλαξία μας. 
Την ιδέα οραματίστηκε πρώτος ο Γερμανός ραδιοαστρονόμος Heino Falcke το 1993 .  Αργότερα, ήταν συνεπικεφαλής μαζί με τους Michael Kramer και Luciano Rezzolla.  στο χρηματοδοτούμενο από την Ευρωπαϊκή Ένωση έργο Black Hole Cam, στο οποίο αναπτύχθηκαν οι βασικές θεωρητικές πτυχές της απεικόνισης μαύρης τρύπας με VLBI. Ο σημερινός διευθυντής της συνεργασίας του Τηλεσκοπίου Ορίζοντα Γεγονότων είναι ο Αμερικανός αστροφυσικός Sheperd Doeleman (Πανεπιστήμιο Harvard-Smithsonian CfA), ενώ ο Falcke (Πανεπιστήμιο Radboud Nijmegen) προεδρεύει του επιστημονικού συμβουλίου.
Η πρώτη εικόνα μιας μαύρης τρύπας, στο κέντρο του γαλαξία Messier 87, δημοσιεύθηκε από την Σύμπραξη EHT στις 10 Απριλίου 2019. Η συστοιχία τηλεσκοπίων έκανε αυτή την παρατήρηση σε μήκος κύματος 1,3mm και με θεωρητική, περιοριζόμενη από περίθλαση ανάλυση 25 μικροδευτερόλεπτα τόξου (μas). Τα μελλοντικά σχέδια περιλαμβάνουν τη βελτίωση της ανάλυσης της συστοιχίας με την προσθήκη νέων τηλεσκοπίων και τη λήψη παρατηρήσεων μικρότερου μήκους κύματος.

Συστοιχία Τηλεσκοπίων

Το EHT αποτελείται από πολλά ραδιο-παρατηρητήρια ή εγκαταστάσεις ραδιοτηλεσκοπίων σε όλο τον κόσμο για να παραχθεί ένα υψηλής ευαισθησίας και υψηλής γωνιακής ανάλυσης τηλεσκόπιο. 
Μέσω της τεχνικής συμβολομετρίας VLBI (very-long-baseline interferometry) πολλές ανεξάρτητες ραδιο-κεραίες, οι οποίες απέχουν εκατοντάδες ή χιλιάδες χιλιόμετρα μεταξύ τους, μπορούν να χρησιμοποιηθούν συντονισμένα για τη δημιουργία ενός εικονικού τηλεσκοπίου με ενεργό διάμετρο ίση με τη διάμετρο ολόκληρου του πλανήτη.  Η προσπάθεια περιλαμβάνει την υλοποίηση και την ανάπτυξη δεκτών διπλής πόλωσης υπο-χιλιοστού (submillimeter), οι οποίοι είναι πολύ σταθερά πρότυπα συχνότητας, ώστε να καταστεί τελικά δυνατή η τεχνική VLBI στα 230-450 GHz, τα VLBI συστήματα υποστήριξης και τα καταγραφικά υψηλότερου εύρους ζώνης, καθώς και η θέση σε λειτουργία νέων υπομονάδων VLBI.
Κάθε χρόνο από την πρώτη συλλογή δεδομένων το 2006, η συστοιχία EHT έχει αναπτυχθεί για να προστεθούν περισσότερα παρατηρητήρια στο παγκόσμιο δίκτυο των ραδιοτηλεσκοπίων. Η πρώτη εικόνα της υπερμεγέθους μαύρης τρύπας του Γαλαξία, στον Τοξότη Α *, αναμενόταν να παραχθεί τον Απρίλιο του 2017, αλλά επειδή το Τηλεσκόπιο του Νοτίου Πόλου είναι κλειστό το χειμώνα (Απρίλιο-Οκτώβριο), η αποστολή των δεδομένων καθυστέρησε την επεξεργασία μέχρι τον Δεκέμβριο του 2017 που έφτασαν τελικά τα δεδομένα.
Τα δεδομένα που συλλέγονται σε σκληρούς δίσκους αποθήκευσης μεταφέρονται από εμπορικά αεροσκάφη μεταφοράς εμπορευμάτων (μεταφορά ονομαζόμενη και sneakernet) από τα διάφορα τηλεσκόπια στο παρατηρητήριο Haystack του MIT και στο Ινστιτούτο Ραδιοαστρονομίας του Max Planck, όπου τα δεδομένα αλληλοσυσχετίζονται και αναλύονται σε κατανεμημένα συστήματα υπολογιστών αποτελούμενα από περίπου 800 επεξεργαστές συνδεδεμένων σε δίκτυο 40 Gbit/s.

Μεσιέ 87*

Η σύμπραξη EHT ανακοίνωσε τα πρώτα του αποτελέσματα σε έξι ταυτόχρονες συνεντεύξεις τύπου παγκοσμίως στις 10 Απριλίου 2019.  Η ανακοίνωση διέθεσε την πρώτη άμεση εικόνα μιας μαύρης τρύπας, η οποία έδειξε την υπερμεγέθη μαύρη τρύπα στο κέντρο του Μεσιέ 87, που ονομάστηκε M87 *.  Τα επιστημονικά αποτελέσματα παρουσιάστηκαν σε μια σειρά έξι δημοσιεύσεων που δημοσιεύθηκαν στο The Astrophysical Journal Letters.
Η εικόνα έθεσε υπό δοκιμασία τη γενική θεωρία της σχετικότητας του Albert Einstein υπό ακραίες συνθήκες. Μελέτες έχουν προηγουμένως θέσει υπό δοκιμασία τη γενική σχετικότητα εξετάζοντας τις κινήσεις των αστεριών και των αερίων νεφών κοντά στα όρια μιας μαύρης τρύπας. Ωστόσο, μια εικόνα μιας μαύρης τρύπας δίνει παρατηρήσεις ακόμη πιο κοντά στον Ορίζοντα Γεγονότων.  Η θεωρία της σχετικότητας προβλέπει μια σκοτεινή περιοχή που μοιάζει με σκιά, η οποία προκαλείται από τη βαρυτική κάμψη και τη σύλληψη του φωτός εντός της, η οποία ταιριάζει με την παρατηρούμενη εικόνα. Η δημοσιευμένη έκθεση αναφέρει: "Συνολικά, η παρατηρούμενη εικόνα είναι σύμφωνη με τις προσδοκίες για τη σκιά μιας περιστρεφόμενης μαύρης τρύπας Kerr, όπως προβλέπεται από τη γενική σχετικότητα." Ο Paul T.P. Ο Ho, μέλος του συμβουλίου της EHT, δήλωσε: "Μόλις είμαστε σίγουροι ότι είχαμε απεικονίσει τη σκιά, μπορέσαμε να συγκρίνουμε τις παρατηρήσεις μας με εκτενή υπολογιστικά μοντέλα, τα οποία  περιλαμβάνουν τη φυσική στρεβλωμένου χώρου, την υπέρθερμη ύλη και τα ισχυρά μαγνητικά πεδία. Πολλά από τα χαρακτηριστικά της παρατηρούμενης εικόνας ταιριάζουν με τη θεωρητική μας κατανόηση εκπληκτικά καλά".
Η εικόνα παρείχε επίσης νέες μετρήσεις για τη μάζα και τη διάμετρο του M87*. Το EHT μέτρησε τη μάζα της μαύρης τρύπας σε 6,5 ± 0,7 δισεκατομμύρια ηλιακές μάζες και μέτρησε τη διάμετρο του ορίζοντα γεγονότων της να είναι περίπου 40 δισεκατομμύρια χιλιόμετρα 40 billion kilometres (270 AU; 0,0013 pc; 0,0042 ly), περίπου 2,5 φορές μικρότερη από τη σκιά που εκπέμπει, όπως φαίνεται στο κέντρο της εικόνας. Από την ασυμμετρία του δακτυλίου, το EHT συνήγαγε ότι η ύλη στην πιο φωτεινή νότια πλευρά του δίσκου κινείται προς τη Γη, τον παρατηρητή. Αυτό βασίζεται στη θεωρία ότι η επερχόμενη ύλη εμφανίζεται πιο φωτεινή λόγω της σχετικιστικής ακτινοβολίας. Προηγούμενες παρατηρήσεις του πίδακα της μαύρης τρύπας έδειξαν ότι ο άξονας περιστροφής της μαύρης τρύπας είναι κεκλιμένος σε γωνία 17° σε σχέση με την γραμμή του βλέμματος του παρατηρητή. Από αυτές τις δύο παρατηρήσεις, το EHT κατέληξε στο συμπέρασμα ότι η μαύρη τρύπα περιστρέφεται δεξιόστροφα, όπως φαίνεται από τη Γη.
Η παραγωγή μιας εικόνας από δεδομένα από μια συστοιχία ραδιοτηλεσκοπίων απαίτησε πολλή καινούρια μαθηματική εργασία. Τέσσερις ανεξάρτητες ομάδες δημιούργησαν εικόνες για να αξιολογήσουν την αξιοπιστία των αποτελεσμάτων. Αυτές οι μέθοδοι περιελάμβαναν τόσο έναν καθιερωμένο αλγόριθμο της ραδιοαστρονομίας για την ανασύνθεση εικόνας γνωστό ως CLEAN, που εφευρέθηκε από τον Jan Högbom, καθώς και αυτο-βαθμονομούμενες μεθόδους επεξεργασίας εικόνας για την αστρονομία, όπως ο αλγόριθμος CHIRP που δημιουργήθηκε από την Katherine Bouman και άλλους. Οι αλγόριθμοι που χρησιμοποιήθηκαν τελικά ήταν ένας αλγόριθμος κανονικοποιημένης μέγιστης πιθανότητας (RML) και ο αλγόριθμος CLEAN.