视界望远镜的天文学家的技术(过去)使用观察黑洞叫做甚长基线干涉测量法,或VLBI、但也可能被称为极延迟满足天文学:可能需要数周或数月后观察运行发现望远镜阵列是否实际上看到任何东西。我们马上就会找到延误的原因。不过,首先是一些消息:新升级和部署的EHT电台确实开始看到了一些东西。
现在,大多数必要的设备已经安装在望远镜里,杏耀这些望远镜将构成视界望远镜阵列,手工制作的高频低温接收器;全新的高带宽数字信号处理器和记录仪,每晚可以吞掉很多tb的数据;原子钟;以及其他将这些东西联系在一起的关键部分——关键是让望远镜一起工作。这是一个同时观察和寻找成对的地点之间的共同探测的问题。
当射电干涉仪上的两个望远镜进行了一次共同的探测——当两个望远镜都记录了完全相同的光波时——天文学家说他们在两个地点之间“发现了条纹”。“发现条纹”并不是一个直观的概念,我们马上就会明白它的意思,但首先,让我告诉你,到目前为止,EHT发现了什么新的条纹。
1. 位于智利的南极望远镜和阿塔卡马探路者实验之间的条纹。今年1月,天文学家利用这两个地点观测了人马座A*和人马座A。人马座A是一个距地球1000万光年的射电星系,其核心包含一个质量相当于5500万个太阳的黑洞。今年4月,研究小组宣布,在1月份的观测期间,这两个地点成功地对两个黑洞进行了共同探测。
2. 位于墨西哥的大型毫米望远镜的边缘。
3.边缘的亚毫米阵列(SMA)在莫纳克亚山,乔纳森Weintroub领导的研究小组在史密森天体物理天文台只配备了一个新的correlator-basically,机器相关的信号从SMA的小碗和总结在一起,仿佛来自一个菜。
4. 1月,阿塔卡马探路者实验和阿塔卡马大毫米阵列(ALMA)之间的条纹,证明了后者——世界上同类仪器中最大、最灵敏的一种——可以进行很长的基线干涉测量,而这并不是它最初设计的目的。
“条纹”一词是指两束光相交时形成的干涉图样。干涉条纹的概念可以追溯到杨的双缝实验。当这些波是“同相位”的时候——也就是说,波峰与波峰成一条直线,波谷与波谷成一条直线——它们叠加在一起,产生更强的信号。当它们反相的时候,它们就抵消了。结果是一系列明暗交替的脊线。
我打电话给EHT总监谢普·杜尔曼,请他解释一下“边缘”一词在VLBI中的确切含义。我将详细引用他的回答:
“‘边缘地带’确实有点历史意义。我通常认为这是一种干扰模式。这是一个连贯的光的合并,它告诉你光从哪里来,因为它产生的模式。用激光照射两条细缝,屏幕上不同的点(在这些细缝的后面)就会得到光和暗,因为在某些点上,路径长度的差异是波长的一部分。当路径长度是整个波长时,就得到了相长干涉。当它不是一个完整的波长,你会得到毁灭性的。你从中学到了什么?如果你知道狭缝到屏幕的距离,你就能知道狭缝之间的距离有多远。
“通过VLBI,我们试图找到来自黑洞的球面波前的干涉模式。把黑洞想象成双缝;它产生干涉图样,或者说条纹,穿过宇宙到达地球。如果我们能测量这些干涉模式——绕着波阵面走一圈,然后说这里有相长干涉,这里有相消干涉——我们就能得出黑洞的样子。是黑洞的形状和结构造成了这种干涉图样。基本上,我们从世界各地收集数据,然后比较数据,
杏耀手机客户端 ,这告诉我们模式是什么样的。整个VLBI网络都在汇总球面波。”
一旦你理解了在地球上不同地点收集的波的总和,杏2杏耀就很容易明白为什么需要这么长的时间才能得到条纹。
“为了进行测量,必须非常精确地知道地球的几何形状。你必须将收集到的波浪排列起来,例如,在智利、加利福尼亚和夏威夷,然后回放并进行比较。当你回放这些信号时,你会发现智利和加州的信号有一些共性,然后你会说:“啊哈,我们有条纹。”“我们能够证实这个仪器工作正常。”
这很难做到的原因是:“我们不知道准确的频率(找出常见的探测),因为地球是旋转的。一个地方的信号会从另一个地方轻微的多普勒偏移。另外,还有延迟,因为不同地方的大气不同。另外,我们不知道一毫米范围内的望远镜在地球上的位置,”这是视界望远镜收集的光的波长。“我们知道10厘米内望远镜的位置,因为这是我们从GPS获得的信息。光在一纳秒内传播约一英尺。所以,如果我们离得有三、四、五英尺远,我们就得四处寻找,才能找到边缘在哪里。同样地,因为地球是旋转的,所以从一个地方到另一个地方的频率变化可能是几毫赫,或者千分之一赫。延迟来自很多不同的来源。可能是望远镜结构的膨胀。可能我们一开始就不知道望远镜在哪里。也许有什么东西插在横梁上什么地方了。”
每次我听到VLBI这样解释时,我都惊讶地发现这种方法竟然有效。但它确实有效。至少到目前为止,最新升级的视界望远镜似乎也能工作。