Stosując technikę interferometrii wielkobazowej, radioteleskopy tworzące europejską sieć EVN (European VLBI Network) przeprowadziły wspólne, historyczne obserwacje razem z siecią południowoafrykańskich radioteleskopów MeerKAT. Pozwala to badać jeszcze słabsze i jeszcze mniejsze lub jeszcze bardziej odległe źródła emisji radiowej.
Współpraca między EVN i MeerKAT pokazała po raz pierwszy, w jaki sposób wysoce czuła, nowoczesna sieć radioteleskopów na półkuli południowej może znacznie zwiększyć możliwości istniejących sieci VLBI ((Very Long Baseline Interferometry) na centymetrowych długościach fal radiowych. Znaczenie tej współpracy jest dalekosiężne. Toruje ona drogę przyszłym międzynarodowym partnerstwom, które mogą prowadzić do wyjątkowych odkryć naukowych.
MeerKAT jest prekursorem ogromnej sieci radioteleskopów (docelowo w RPA ma powstać prawie 200 anten!) pracujących w zakresie średnich częstotliwości radiowych o nazwie Square Kilometre Array Mid (SKA-Mid). To część większego projektu nazwanego SKA Observatory (SKAO), w ramach którego powstanie również przeszło 133 tysiące (!) prostszych anten dipolowych, które aktualnie są instalowane w Australii. SKAO będzie największą siecią radioteleskopów jaka kiedykolwiek powstała. Dostarczy ona ogromne ilości wysokiej jakości danych naukowych. Rola MeerKAT jako prekursora w projekcie SKAO sprawia, że jest on kluczowym partnerem dla przyszłych projektów i współpracy. Partnerstwo MeerKAT z EVN prezentuje innowacyjne metody badań naukowych z wykorzystaniem tego najnowocześniejszego instrumentu i kładzie podwaliny pod realizację SKA-VLBI w przyszłości.
Kluczową rolę w zainicjowaniu współpracy odegrały Południowoafrykańskie Obserwatorium Radioastronomiczne (South African Radio Astronomy Observatory, SARAO) i instytut JIV-ERIC (Joint Institute for VLBI ERIC, JIVE) z siedzibą w Holandii. Ten drugi jest Europejskim Konsorcjum Infrastruktury Badawczej (ERIC), które koordynuje pracę oraz przetwarza dane naukowe EVN.
– Dla radioastronomów dostęp do danych z teleskopów nowej generacji jest kluczowy dla poszerzenia granic badań w zakresie wysokiej rozdzielczości kątowej. W JIVE jesteśmy oddani temu celowi poprzez opracowywanie i wdrażanie nowych metod dla osiągnięcia tego, co moglibyśmy nazwać „VLBI o najwyższej precyzji”. Poprzez pełne wykorzystanie zaawansowanych technik kalibracji, na które pozwalają te nowe instrumenty, pracujemy nad umożliwieniem głębszych obserwacji Wszechświata, wspieraniem badań większej liczby źródeł i jednocześnie dostarczaniem najdokładniejszych pomiarów egzotycznych zjawisk – mówi dr hab. Agnieszka Słowikowska z Uniwersytetu Mikołaja Kopernika, dyrektor JIVE.
Połączenie MeerKAT z EVN było przygotowywane w ramach wielu różnych testów prowadzonych od 2022 roku. Należy jednak podkreślić, że przedstawione wyniki wspólnych obserwacji zostały uzyskane już w ramach regularnej, standardowej sesji pomiarów prowadzonej przez EVN, gdzie MeerKAT uczestniczył na takich samych zasadach, jak inne teleskopy EVN. Wstępne wyniki tych obserwacji potwierdzają potencjał MeerKAT jako potężnej stacji VLBI. Stanowi to kamień milowy dla nauki, biorąc pod uwagę znaczącą rolę MeerKAT i EVN w badaniach astronomicznych.
MeerKAT został zbudowany i jest obsługiwany przez SARAO – to krajowy ośrodek Narodowej Fundacji Badań Naukowych Republiki Południowej Afryki (South Africa’s National Research Foundation). Inauguracja sieci MeerKAT miała miejsce w 2018 roku i od tego czasu służy ona jako sztandarowy instrument do prowadzenia badań astronomicznych. Sieć składa się z 64 anten, każda o średnicy 13,5 metra, rozmieszczonych na obszarze do 8 km. Tymczasem EVN jest obecnie siecią radioteleskopów VLBI o najlepszej czułości na świecie, umożliwia wykonywanie
pomiarów z rozdzielczością kątową milisekund łuku dzięki największym odległościom pomiędzy antenami, które osiągają do 9000 km. Obie infrastruktury powinny odnieść ogromne korzyści z tego partnerstwa, każda z nich przyczyniając się do uzyskiwania wyników w odrębny i uzupełniający się wzajemnie sposób.
Dzięki wysokiej rozdzielczości kątowej i czułości tych pionierskich obserwacji astronomowie byli w stanie zaobserwować strumień energetycznej plazmy wyrzucanej z okolic supermasywnej czarnej dziury o nazwie J0123+3044. Obserwacja trwała łącznie 12 godzin, a MeerKAT uczestniczył w 4 z nich. Powstałe obrazy, zarówno z danymi MeerKAT, jak i bez nich, zostały uzyskane przy użyciu metod maksymalizujących czułość.
EVN, MeerKAT i 26-metrowy teleskop Hartebeesthoek w Republice Południowej Afryki zapewniły najdłuższe linie bazowe północ–południe, czyli największe odległości między parami teleskopów, które determinują rozdzielczość kątową uzyskiwanych obrazów. Im większa odległość, tym lepsza rozdzielczość. W technice VLBI istotne ograniczenie stanowi zatem… rozmiar kuli ziemskiej. Z pierwszego z przedstawionych obrazów (dane tylko z EVN) można jedynie wywnioskować, że w otoczeniu czarnej dziury powstaje dużo emisji radiowej, która nie pochodzi od zwartego punktowego źródła (punktowe źródło powinno mieć rozmiary białej elipsy widocznej na mapie dla porównania). Drugi obraz (EVN+MeerKAT) pokazuje ewidentnie, że mamy tu do czynienia z silną emisją z centrum obiektu oraz nieco słabszym wyrzutem materii w kierunku do góry i na lewo od centrum. Jest to dowód na to, że obserwowana czarna dziura produkuje wyrzuty w postaci strug zjonizowanej materii. Na uwagę zasługują też jednostki kąta użyte do opisu map – milisekundy łuku (miliarcseconds, mas), czyli tysięczne części sekundy łuku, gdzie sekunda łuku, dla przypomnienia, to 1/3600 część stopnia kątowego. Uzyskiwanie obrazów z tak ogromnymi rozdzielczościami kątowymi wymaga pokonania szeregu problemów technicznych.
Przedstawione wynik badań stanowią ważny krok w 50-letniej historii VLBI w RPA, która rozpoczęła się, gdy Hartebeesthoek Radio Astronomy Observatory, obecnie część NRF-SARAO, dołączyło do EVN. Dzięki MeerKAT, który jest teraz zdolny do prowadzenia obserwacji VLBI, stacje południowoafrykańskie znacznie zwiększają zdolność rozdzielczą obecnych sieci VLBI. MeerKAT i EVN wspólnie wytyczają nową ścieżkę w radioastronomii, co zapewne sprawi lepszy wgląd w kosmos i jego tajemnice.
Dodajmy, że od ponad 30 lat ważnym elementem EVN jest toruński 32-metrowy radioteleskop należący do Uniwersytetu Mikołaja Kopernika, zaś dr hab. Krzysztof Katarzyński, dyrektor Instytutu Astronomii UMK, pełni obecnie funkcję przewodniczącego Rady Dyrektorów EVN.
RR
