นักวิทย์ เผย ความถี่ 345 GHz เผยให้เห็น หลุมดำ อย่างที่ไม่เคยมีมาก่อน
ความร่วมมือ Event Horizon Telescope (EHT) ได้เพิ่มขีดความสามารถใน การสังเกตการณ์โดยสามารถตรวจจับแสงที่ความถี่ 345 GHz ได้อย่างมีความละเอียดที่ไม่เคยมีมาก่อนความก้าวหน้าในการถ่ายภาพ หลุมดำ ความร่วมมือ Event Horizon Telescope (EHT) ได้ทำการทดสอบการสังเกตการณ์โดยใช้ Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) และอุปกรณ์อื่นๆ
ซึ่งสามารถสร้างความละเอียดสูงสุดที่เคยพบบนพื้นผิวโลกได้ โดยสามารถตรวจจับแสงจาก กาแล็กซี ที่อยู่ห่างไกลด้วยความถี่ประมาณ 345 GHz ซึ่งเทียบเท่ากับความยาวคลื่น 0.87 มม. ความร่วมมือคาดว่าในอนาคต พวกเขาจะสามารถสร้างภาพหลุมดำที่มีรายละเอียดมากขึ้นกว่าเดิมถึง 50% ทำให้พื้นที่ดังกล่าวอยู่นอกขอบเขตของหลุมดำมวลยิ่งยวดที่อยู่ใกล้เคียงมีความคมชัดขึ้นทันที
นอกจากนี้ พวกเขายังจะสามารถสร้างภาพหลุมดำได้มากขึ้นกว่าที่เคยทำได้มาก่อนอีกด้วยการตรวจจับใหม่ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของการทดลองนำร่องได้รับการเผยแพร่ในวันนี้ (27 สิงหาคม) ในวารสาร The Astronomical Journal ความก้าวหน้าในการแสดงภาพหลุมดำ กลุ่มความร่วมมือ EHT เผยแพร่ภาพของ M87* หลุมดำมวลยิ่งยวดที่ใจกลางกาแล็กซี M87 ในปี 2019 และ Sgr A* หลุมดำที่ใจกลางกาแล็กซีทางช้างเผือกของเราในปี 2022
ภาพเหล่านี้ได้มาจากการเชื่อมโยงหอสังเกตการณ์วิทยุหลายแห่งทั่วโลกเข้าด้วยกันโดยใช้เทคนิคที่เรียกว่าอินเตอร์เฟอโรมิเตอร์ฐานยาวมาก (VLBI) เพื่อสร้างกล้องโทรทรรศน์เสมือนขนาด “เท่าโลก” ตัวเดียวเพื่อให้ได้ภาพที่มีความละเอียดสูงขึ้น นักดาราศาสตร์มักจะใช้กล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่กว่า หรือระยะห่างระหว่างหอสังเกตการณ์ที่ทำงานเป็นส่วนหนึ่งของอินเตอร์เฟอโรมิเตอร์ที่มากขึ้น แต่เนื่องจาก EHT มีขนาดเท่ากับโลกอยู่แล้ว
การเพิ่มความละเอียดของการสังเกตการณ์ภาคพื้นดินจึงต้องใช้แนวทางอื่น อีกวิธีหนึ่งในการเพิ่มความละเอียดของกล้องโทรทรรศน์คือการสังเกตแสงที่มีความยาวคลื่นสั้นกว่า ซึ่งนั่นคือสิ่งที่ EHT Collaboration ได้ทำไปแล้ว “ด้วย EHT เราได้เห็นหลุมดำภาพแรกๆ โดยใช้การสังเกตที่มีความยาวคลื่น 1.3 มม. แต่วงแหวนสว่างที่เราเห็น ซึ่งเกิดจากแสงที่หักเหในแรงโน้มถ่วงของหลุมดำยังคงดูพร่ามัวอยู่ เนื่องจากเราอยู่ในขีดจำกัดสูงสุดของความคมชัดของภาพ”
Alexander Raymond หัวหน้าร่วมของการศึกษากล่าว ซึ่งเคยเป็นนักวิจัยหลังปริญญาเอกที่ศูนย์ดาราศาสตร์ฟิสิกส์ ฮาร์วาร์ดและสมิธโซเนียน (CfA) และปัจจุบันทำงานอยู่ที่ห้องปฏิบัติการขับเคลื่อนไอพ่น ทั้งสองแห่งในสหรัฐอเมริกา “ที่ 0.87 มม. ภาพของเราจะคมชัดและมีรายละเอียดมากขึ้น ซึ่งในทางกลับกันก็อาจเผยให้เห็นคุณสมบัติใหม่ๆ ทั้งที่คาดการณ์ไว้ก่อนหน้านี้และบางทีอาจไม่ได้คาดการณ์ไว้ด้วย” เพื่อแสดงให้เห็นว่าสามารถตรวจจับได้ที่ระยะ 0.87 มม. กลุ่มความร่วมมือได้ดำเนินการทดสอบการสังเกตกาแล็กซีที่อยู่ห่างไกลและสว่างไสว
ที่ความยาวคลื่นนี้[2] แทนที่จะใช้ชุด EHT เต็มรูปแบบ พวกเขาใช้ชุดย่อยที่เล็กกว่าสองชุด ซึ่งทั้งสองชุดประกอบด้วย ALMA และ Atacama
Pathfinder EXperiment (APEX) ในทะเลทรายอาตากามาในชิลี หอสังเกตการณ์ทางตอนใต้ของยุโรป (ESO) เป็นพันธมิตรใน ALMA
และเป็นเจ้าภาพร่วมและร่วมมือกับ APEX สิ่งอำนวยความสะดวกอื่นๆ ที่ใช้ ได้แก่ กล้องโทรทรรศน์ IRAM ขนาด 30 เมตรในสเปนและ NOrthern Extended Millimeter Array (NOEMA) ในฝรั่งเศส ตลอดจนกล้องโทรทรรศน์กรีนแลนด์และ Submillimeter Array
ในฮาวาย
ในการทดลองนำร่องนี้ กลุ่มความร่วมมือได้สังเกตได้ละเอียดถึง 19 ไมโครอาร์กวินาที ซึ่งหมายความว่าพวกเขาสังเกตได้จากความละเอียดสูงสุดเท่าที่เคยมีมาจากพื้นผิวโลก อย่างไรก็ตาม พวกเขายังไม่สามารถจับภาพได้ เนื่องจากพวกเขาตรวจจับแสงจากกาแล็กซีที่อยู่ห่างไกลได้แม่นยำหลายแห่ง แต่เสาอากาศกลับไม่เพียงพอที่จะสร้างภาพจากข้อมูลได้อย่างแม่นยำ โอกาสที่น่าตื่นเต้นสำหรับการวิจัยหลุมดำ
ในอนาคต การทดสอบทางเทคนิคนี้ได้เปิดโอกาสใหม่ในการศึกษาหลุมดำด้วยอาร์เรย์ที่ครบครัน EHT สามารถมองเห็นรายละเอียดได้เล็กถึง 13 ไมโครอาร์กวินาที ซึ่งเทียบเท่ากับการเห็นฝาขวดบนดวงจันทร์จากโลก นั่นหมายความว่าที่ 0.87 มม. พวกเขาจะสามารถจับภาพที่มีความละเอียดสูงกว่าภาพ M87* และ SgrA*[3] ขนาด 1.3 มม.
ที่เผยแพร่ก่อนหน้านี้ประมาณ 50% นอกจากนี้ ยังมีศักยภาพในการสังเกตหลุมดำที่อยู่ห่างไกล เล็กกว่า และจางกว่าหลุมดำทั้งสองหลุมที่กลุ่มความร่วมมือได้ถ่ายภาพไว้จนถึงขณะนี้ Sheperd “Shep” Doeleman ผู้อำนวยการก่อตั้ง EHT ซึ่งเป็นนักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ที่ CfA และผู้นำร่วมในการศึกษาวิจัย กล่าวว่า “การพิจารณาการเปลี่ยนแปลงของก๊าซโดยรอบที่ความยาวคลื่นต่างกันจะช่วยให้เรา ไขปริศนาว่าหลุมดำดึงดูดและเพิ่มมวลสารได้อย่างไร และหลุมดำสามารถปล่อยไอพ่นอันทรงพลังที่พุ่งไปไกลถึงระดับกาแล็กซี่ได้อย่างไร”
นัยยะสำหรับการศึกษาดาราศาสตร์ฟิสิกส์ นี่เป็นครั้งแรกที่เทคนิค VLBI ถูกนำมาใช้สำเร็จที่ความยาวคลื่น 0.87 มม. แม้ว่าจะมีความสามารถในการสังเกตท้องฟ้ายามค่ำคืนที่ความยาวคลื่น 0.87 มม. อยู่แล้วก่อนที่จะมีการตรวจจับแบบใหม่ แต่การใช้เทคนิค VLBI ที่ความยาวคลื่นนี้มักจะนำมาซึ่งความท้าทายที่ต้องใช้เวลาและความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีในการเอาชนะ ตัวอย่างเช่น ไอน้ำในชั้นบรรยากาศจะดูดซับคลื่นที่ความยาวคลื่น 0.87 มม. มากกว่าที่ความยาวคลื่น 1.3 มม. มากทำให้กล้องโทรทรรศน์วิทยุรับสัญญาณจากหลุมดำที่ความยาวคลื่นสั้นได้ยากขึ้นเมื่อรวมกับความปั่นป่วนในชั้นบรรยากาศที่เด่นชัดขึ้นและสัญญาณรบกวนที่ความยาวคลื่นสั้นลง
และความไม่สามารถควบคุมสภาพอากาศทั่วโลกในระหว่างการสังเกตการณ์ที่มีความอ่อนไหวต่อบรรยากาศ ความก้าวหน้าในการใช้ความยาวคลื่นสั้นลงสำหรับ VLBI โดยเฉพาะคลื่นที่ข้ามผ่านอุปสรรคเข้าไปในขอบเขตของมิลลิเมตรจึงเป็นไปอย่างช้าๆ แต่ด้วยการตรวจจับแบบใหม่เหล่านี้ ทุกอย่างได้เปลี่ยนไปแล้ว “การตรวจจับสัญญาณ VLBI ที่ 0.87 มม. ถือเป็นนวัตกรรมใหม่เนื่องจากเปิดช่องทางใหม่ในการสังเกตหลุมดำมวลมหาศาล”
โทมัส คริชบอม ผู้เขียนร่วมของการศึกษาจากสถาบันมักซ์พลังค์เพื่อดาราศาสตร์วิทยุในเยอรมนีซึ่งเป็นสถาบันที่ดำเนินการกล้องโทรทรรศน์ APEX ร่วมกับ ESO กล่าว เขากล่าวเสริมว่า “ในอนาคต การใช้กล้องโทรทรรศน์ IRAM ในสเปน (IRAM-30m) และฝรั่งเศส (NOEMA)
ร่วมกับ ALMA และ APEX จะทำให้สามารถถ่ายภาพการแผ่รังสีที่เล็กลงและจางลงกว่าที่เคยทำได้มาก่อนในสอง ความยาวคลื่น คือ 1.3 มม. และ 0.87 มม. พร้อมกัน”
.
ที่มา : https://scitechdaily.com/345-ghz-observations-reveal-black-holes-like-never-before/