De 12 meter lange radiotelescoop APEX in Chili is uitgerust met speciale apparatuur, waaronder breedbandrecorders en een stabiele waterstofmaserklok voor het uitvoeren van gezamenlijke interferometrische waarnemingen met andere telescopen bij golflengten van slechts 1,3 mm en het doel om het ultieme beeld van de zwarte gaten schaduw. De toevoeging van APEX aan de zogenaamde Event Horizon Telescope (EHT), die tot voor kort alleen op het noordelijk halfrond uit antennes bestond, onthult nieuwe en ongekende details in de structuur van Sgr A* in het centrum van de Melkweg. De verhoogde hoekresolutie van de APEX-telescoop onthult nu details in de asymmetrische en niet puntachtige bronstructuur, die zo klein zijn als 36 miljoen km. Dit komt overeen met afmetingen die slechts 3 keer groter zijn dan de hypothetische grootte van het zwarte gat (3 Schwarzschild Dit komt overeen met afmetingen die slechts 3 keer groter zijn dan de hypothetische grootte van het zwarte gat (3 Schwarzschild-stralen).

De bevindingen zijn gepubliceerd in The Astrofysisch tijdschrift .

Astronomen zijn op zoek naar het ultieme bewijs van Einsteins algemene relativiteitstheorie, dat is om een ​​direct beeld te krijgen van de schaduw van een zwart gat. Dit is mogelijk door over de hele wereld verspreide radiotelescopen te combineren met een techniek die Very Long Baseline Interferometry (VLBI) wordt genoemd. De deelnemende telescopen bevinden zich op grote hoogte om de verstoring van de atmosfeer tot een minimum te beperken en op afgelegen locaties met een heldere hemel, waardoor de compacte radiobron Sagittarius A* (Sgr A*) in het centrum van de Melkweg kan worden waargenomen.

Het onderzoeksteam observeerde Sgr A* in 2013 met behulp van VLBI-telescopen op vier locaties. De telescopen omvatten de APEX-telescoop in Chili, de CARMA-array in Californië, de JCMT en de gefaseerde SMA in Hawaii, en de SMT-telescoop in Arizona. Sgr A* werd gedetecteerd bij alle stations en de langste basislijnlengte bereikte bijna 10, 000 kilometer, wat wijst op een ultracompacte en asymmetrische (niet puntachtige) bronstructuur.

"De deelname van de APEX-telescoop verdubbelt bijna de lengte van de langste basislijnen in vergelijking met eerdere waarnemingen en leidt tot een spectaculaire resolutie van slechts 3 Schwarzschild-stralen", zegt Ru-Sen Lu van het Max Planck Instituut voor Radioastronomie (MPIfR) in Bonn, Duitsland, de hoofdauteur van de publicatie. "Het onthult details in de centrale radiobron die kleiner zijn dan de verwachte grootte van de accretieschijf", voegt Thomas Krichbaum toe, initiatiefnemer van de mm-VLBI waarnemingen met APEX.

De locatie van APEX op het zuidelijk halfrond verbetert de beeldkwaliteit aanzienlijk voor een bron zo ver naar het zuiden aan de hemel als Sagittarius A* (-29 graden declinatie). APEX heeft de weg vrijgemaakt voor de opname van de grote en uiterst gevoelige ALMA-telescoop in de EHT-waarnemingen, die nu eenmaal per jaar worden uitgevoerd.

"We hebben op een hoogte van meer dan 5000 meter hard gewerkt om de apparatuur te installeren om de APEX-telescoop klaar te maken voor VLBI-waarnemingen op 1,3 mm golflengte", zegt Alan Roy, ook van MPIfR die het VLBI-team leidt bij APEX. "We zijn trots op de goede prestaties van APEX in dit experiment."

Het team gebruikte een modelaanpassingsprocedure om de gebeurtenis-horizon-schaal-structuur van Sgr A* te onderzoeken. "We begonnen uit te zoeken hoe de structuur op horizonschaal eruit zou kunnen zien, in plaats van alleen generieke conclusies te trekken uit de zichtbaarheid die we hebben bemonsterd. Het is zeer bemoedigend om te zien dat het aanbrengen van een ringachtige structuur heel goed overeenkomt met de gegevens, hoewel we andere modellen niet kunnen uitsluiten, bijv. een compositie van lichtpuntjes.", voegt Ru-Sen Lu toe. Toekomstige waarnemingen met meer telescopen die aan de EHT worden toegevoegd, zullen resterende onduidelijkheden in de beeldvorming oplossen.

Het zwarte gat in het centrum van ons melkwegstelsel is ingebed in een dicht interstellair medium, die de voortplanting van elektromagnetische golven langs de gezichtslijn kunnen beïnvloeden. "Echter, de interstellaire scintillatie, die in principe tot beeldvervormingen kunnen leiden, is bij 1,3 mm golflengte geen sterk overheersend effect", zegt Dimitrios Psaltis van de Universiteit van Arizona, wie is de EHT-projectwetenschapper.

"De resultaten zijn een belangrijke stap in de verdere ontwikkeling van de Event Horizon Telescope", zegt Sheperd Doeleman van het Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics en directeur van het EHT-project. "De analyse van nieuwe waarnemingen, die sinds 2017 ook ALMA omvatten, brengt ons weer een stap dichter bij het in beeld brengen van het zwarte gat in het centrum van onze melkweg."