Deze week wordt voor het eerst een krachtige nieuwe reeks radiotelescopen ingezet. terwijl de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) in Chili zich aansluit bij een wereldwijd netwerk van antennes die klaar staan ​​om enkele van de beelden met de hoogste resolutie te maken die astronomen ooit hebben verkregen. Het verbeterde detailniveau is gelijk aan het kunnen tellen van de steken op een honkbal vanaf 8, 000 mijl afstand.

Wetenschappers van het MIT en andere instellingen gebruiken een methode genaamd VLBI (Very Long Baseline Interferometry) om een ​​groep radiotelescopen verspreid over de hele wereld te koppelen aan wat is, in werkelijkheid, een telescoop ter grootte van onze planeet. Hoewel de techniek van VLBI niet nieuw is, wetenschappers zijn onlangs begonnen het uit te breiden tot millimetergolflengten om een ​​verdere boost in het oplossend vermogen te bereiken. En nu, de toevoeging van ALMA aan wereldwijde VLBI-arrays zorgt voor een ongekende sprong in VLBI-mogelijkheden.

De opname van ALMA is onlangs mogelijk gemaakt door het ALMA Phasing Project (APP), een internationale inspanning onder leiding van het MIT Haystack Observatory in Westford, Massachusetts, en hoofdonderzoeker Sheperd Doeleman, nu in het Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics.

Voorafgaand aan dit project, de ALMA-schotels werkten met elkaar samen om waarnemingen te doen als een enkele array; nu, de APP heeft de synchronisatie bereikt, of "fasering, " van maximaal 61 ALMA-antennes om te functioneren als een enkele, zeer gevoelige radioantenne - de meeste antennes die ooit samen zijn gefaseerd. Om dit te behalen, het APP-team ontwikkelde software op maat en installeerde verschillende nieuwe hardwarecomponenten bij ALMA, waaronder een waterstofmaser (een soort ultraprecieze atoomklok), een set zeer snelle gegevensherformatters, en een glasvezelsysteem voor het transporteren van een datastroom van 8 gigabyte per seconde naar vier ultrasnelle datarecorders (de door Haystack ontworpen Mark6). Het hoogtepunt van deze inspanningen is een toename in grootteorde van de gevoeligheid van 's werelds millimeter VLBI-netwerken, en een dramatische boost in hun vermogen om gedetailleerde afbeeldingen te maken van bronnen die voorheen slechts lichtpuntjes waren.

"Heel veel mensen hebben de afgelopen jaren heel hard gewerkt om deze droom waar te maken, " zegt Geoff Crew, softwarekabel voor de APP. "ALMA VLBI gaat onze wetenschap echt transformeren."

Een van de doelen van deze nieuwe technologische innovaties is het in beeld brengen van een zwart gat. Deze maand, twee internationale organisaties doen waarnemingen waarmee wetenschappers voor het eerst een dergelijk beeld kunnen construeren. En het portret dat ze proberen te maken is dicht bij huis:Boogschutter A* (Sgr A*), het superzware zwarte gat in het centrum van de Melkweg.

Er zullen zoveel gegevens worden verzameld tijdens de twee observatieperiodes dat het sneller is om ze naar Haystack te vliegen dan om ze elektronisch te verzenden. Petabytes aan gegevens zullen van telescopen over de hele wereld naar Haystack worden gevlogen voor correlatie en verwerking voordat beelden van het zwarte gat kunnen worden gemaakt. Correlatie, die de gegevens van alle deelnemende telescopen registreert om rekening te houden met de verschillende aankomsttijden van de radiogolven op elke locatie, wordt gedaan met behulp van een gespecialiseerde bank van krachtige computers. MIT Haystack is een van de weinige radiowetenschappelijke faciliteiten wereldwijd met de nodige technologie en expertise om deze hoeveelheid gegevens te correleren. Aanvullende correlatie voor deze sessies wordt gedaan in het Max Planck Instituut voor Radioastronomie in Bonn, Duitsland.

Er vinden twee observatiesessies plaats. De GMVA-sessie (Global mm-VLBI Array) zal een verscheidenheid aan bronnen observeren op een golflengte van 3 millimeter, inclusief Sgr A* en andere actieve galactische kernen, en de EHT-sessie (Event Horizon Telescope) zal Sgr A* observeren, evenals het superzware zwarte gat in het centrum van een nabijgelegen melkwegstelsel, M87, bij een golflengte van 1,3 millimeter. Het EHT-team bestaat uit onderzoekers van MIT's Haystack Observatory en MIT Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory (CSAIL), werken met het Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics en vele andere organisaties.

"Verschillende factoren maken 1,3 mm de ideale waarnemingsgolflengte voor Sgr A*, " volgens APP-projectwetenschapper Vincent Fish. "Bij langere waarnemingsgolflengten, de bron zou worden vervaagd door vrije elektronen tussen ons en het galactische centrum, en we zouden niet genoeg resolutie hebben om de voorspelde schaduw van een zwart gat te zien. Bij kortere golflengten, de atmosfeer van de aarde absorbeert het grootste deel van het signaal."

De huidige waarnemingen zijn de eerste in een reeks baanbrekende studies in VLBI en radio-interferometrie die dramatische nieuwe wetenschappelijke ontdekkingen mogelijk zullen maken. Gegevens van de nieuw gefaseerde ALMA-array zullen ook betere beeldvorming mogelijk maken van andere verre radiobronnen via verbeterde gegevensbemonstering, verhoogde hoekresolutie, en uiteindelijk VLBI-spectraallijn-waarnemingen van emissies van specifieke elementen en moleculen.

"Phasing ALMA has opened whole new possibilities for ultra high-resolution science that will go far beyond the study of black holes, " says Lynn Matthews, commissioning scientist for the APP. "For example, we expect to be able to make movies of the gas motions around stars that are still in the process of forming and map the outflows that occur from dying stars, both at a level of detail that has never been possible before."

The black hole images from the data gathered this month will take months to prepare; researchers expect to publish the first results in 2018.

Dit verhaal is opnieuw gepubliceerd met dank aan MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), een populaire site met nieuws over MIT-onderzoek, innovatie en onderwijs.