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    Max Planck Institute for Radio Astronomy, Bonn

    Max Planck Institute for Radio Astronomy

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    Hintergrundinformationen/Links

    Event-Horizon-Teleskop 2021

    Beobachtungskampagne im April 2021. Das weltweite EHT-Radioteleskopnetzwerk setzt seine Beobachtungen nach dreijähriger Unterbrechung fort

    14. April 2021

    Das "Event Horizon Telescope" (EHT) ist eine internationale Kollaboration mit dem Ziel, die unmittelbare Umgebung eines Schwarzen Lochs direkt abzubilden und damit Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie in einem extremen Umfeld zu testen. Mehrere europäische Forschungsinstitute, darunter das Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn, beteiligen sich im Rahmen eines internationalen Konsortiums an den Beobachtungen. Nach den ersten Beobachtungskampagnen in den Jahren 2017 und 2018 nimmt das EHT im Jahr 2021 erneut den Betrieb auf und beobachtet das Zentrum der Milchstraße sowie die Galaxien Messier 87 und 3C 273.

    Das European EHT Array Operations Centre am Max-Planck-Institut für Radioastronomie mit Hui-Hsuan Chung, Doktorandin am MPIfR, im Steuerraum. Bild vergrößern
    Das European EHT Array Operations Centre am Max-Planck-Institut für Radioastronomie mit Hui-Hsuan Chung, Doktorandin am MPIfR, im Steuerraum.
    [weniger]

    Das EHT-Konsortium besteht aus dreizehn Stakeholder-Institutionen und etwa fünfzig angeschlossenen Institutionen mit etwa dreihundert Einzelmitgliedern in Europa, Asien, Afrika und Amerika.  Anton Zensus vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie (MPIfR) ist der Gründungsvorsitzende der Kollaboration und Sheperd S. Doeleman (Harvard, USA) ist der Gründungsdirektor.  Derzeitige Vorstandsvorsitzende und Projektleiter sind Colin J. Lonsdale (MIT, USA) bzw. Huib J. van Langevelde (JIVE, Niederlande).

    Das EHT-Projekt wird von mehreren Stellen und Institutionen gefördert, unter anderem von der Max-Planck-Gesellschaft durch das MPIfR.  Die Forschungsabteilung von Michael Kramer am MPIfR trägt über das vom Europäischen Forschungsrat (ERC) gegründete Projekt "BlackHoleCam" (BHC) in Zusammenarbeit mit Heino Falcke (Radboud University Nimwegen, Niederlande) und Luciano Rezzolla (Universität Frankfurt, Deutschland) zur Forschungsarbeit im Rahmen des EHT bei.

    Die bei den EHT-Beobachtungen verwendete Technik heißt Very Long Baseline Interferometry (VLBI). VLBI ermöglicht die höchsten Auflösungen in der Astronomie durch das Zusammenschalten einer Reihe von Radioteleskopen, die über verschiedene Länder der Erde verteilt sind. Diese Methode wird zur Untersuchung der direkten Umgebung von supermassereichen Schwarzen Löchern in aktiven Galaxienkernen eingesetzt, insbesondere zur Untersuchung von Jets hochenergetischer Teilchen, die aus den Zentralregionen der Galaxien  emittiert werden. Im Rahmen des EHT-Projekts ist es nun möglich, neben den Jets auch die zentralen Schwarzen Löcher direkt abzubilden, wie im Kern von Messier 87, für den das entsprechende Bild am 10. April 2019 veröffentlicht wurde. Dies wird durch Beobachtungen bei kürzeren Radiowellen von nur 1,3 mm Wellenlänge erreicht. Die Auflösung des weltweiten Netzes von Radioteleskopen bei dieser Wellenlänge entspricht einem Vergrößerungsfaktor von zwei Millionen oder der Größe eines Tennisballs in der Entfernung zum Mond.

    Um den Einfluss der Erdatmosphäre bei dieser Wellenlänge zu minimieren, sind die Beobachtungen nur an hochgelegenen, trockenen Standorten wie der Atacama-Wüste in Chile, der Sierra Nevada in Südspanien, hohen Vulkanen auf Hawaii oder sogar am Südpol möglich.

    Die Einbeziehung des Atacama Large Millimeter Arrays (ALMA) mit seinen insgesamt vierundsechzig Antennen bietet eine sehr hohe Empfindlichkeit, da es ein Radioteleskop mit einem äquivalenten Durchmesser von 84 Metern synthetisiert, das den üblichen Millimeterwellen-Radioteleskopen mit 15 bis 30 Metern Durchmesser an Sensitivität überlegen ist.    

    Die ersten Beobachtungen des gesamten EHT-Projekts fanden im April 2017 statt (in sieben Nächten, beginnend am 4., 6., 7., 9. und 10. April).  Eine zweite Kampagne wurde im April 2018 durchgeführt (in sechs Nächten, beginnend am 20., 21., 23., 24., 27. und 28.), für die das Grönland-Teleskop zu dem Teleskopnetzwerk dazukam, während das Large Millimeter Telescope in Mexiko die Beobachtungen während der Kampagne aufgrund von Sicherheitsproblemen abbrach. Die dritte Kampagne im April 2019 wurde aus betrieblichen Gründen abgesagt.  

    Jetzt, drei Jahre nach den letzten erfolgreichen Beobachtungen, nimmt das Netzwerk den Betrieb wieder auf.  Sechs Beobachtungsnächte sind in einem Zeitfenster zwischen dem 9. und 20. April vorgesehen.  Eine Go/No-Go-Entscheidung wird jeden Abend um 20:00 Uhr MESZ getroffen.  Die geplante Kampagne im April 2020 wurde kurz vor ihrem Start wegen der CoViD-19-Pandemie abgesagt.  Zur kontinuierlichen Überwachung des Arrays wurden sogenannte „Remote Array Operation Centers“ eingerichtet.  Eines davon ist am MPIfR beheimatet und hat die Aufgabe, die Beobachtungen jeden Tag ab 08:00 MESZ gegen Ende der Beobachtungsnacht zu überwachen, wenn die letzten Teleskope in Amerika und Hawaii abgeschaltet werden.

    Zwei wichtige Ziele werden innerhalb von fünf Nächten beobachtet, nämlich Messier 87 und Sagittarius A*. Eine weitere Nacht ist der Untersuchung des Quasars 3C 273 gewidmet (dieses Projekt wird von Tuomas Savolainen von der Aalto-Universität in Finnland geleitet, der ebenfalls dem MPIfR angehört). Im Gegensatz zu früheren Kampagnen werden die meisten Beobachtungen aus der Ferne durchgeführt, da die Reisebeschränkungen durch die CoViD-19-Pandemie noch immer bestehen.

    Die VLBI-Datensätze werden in speziellen Supercomputern, den sogenannten Korrelatoren, ausgewertet. Für die Analyse der EHT-Beobachtungen werden zwei Korrelatoren verwendet, am Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn (Leiter der Korrelatorgruppe: Helge Rottmann) und am Haystack Observatory in Haystack, Massachusetts, USA.  Die Bitrate der Aufnahmedaten in der 2021er-Kampagne wurde im Vergleich zur 2017er-Kampagne verdoppelt, teilweise dank der Implementierung eines neuen, am MPIfR mitentwickelten Datensammelsystems, dem Digital Base Band Converter 3 (DBBC3).

    Für ein Gesamtbild der Physik von Schwarzen Löchern werden die Beobachtungen durch numerische Simulationen und Tests mit synthetischen Daten ergänzt.  Einige davon werden auf dem High-Performance Cluster Computer am MPIfR-Korrelatorzentrum durchgeführt.

    Die Beobachtungen werden durch das europäische ERC-Projekt BlackHoleCam (BHC) mitfinanziert und unter anderem von der Max-Planck-Gesellschaft unterstützt.

    Als Teil des BHC-Projekts suchen die MPIfR-Wissenschaftler nach Pulsaren in der direkten Nachbarschaft des Schwarzen Lochs im Zentrum der Milchstraße, um dadurch unabhängige Messungen der Eigenschaften der Zentralquelle durchzuführen.

    Das Beobachtungsnetzwerk mit 10 teilnehmenden Teleskopen im Jahr 2021. Bild vergrößern
    Das Beobachtungsnetzwerk mit 10 teilnehmenden Teleskopen im Jahr 2021.

     

    Teleskop-Netzwerk bei den Beobachtungen im April 2021

     

    • Atacama Pathfinder Experiment (APEX) in Chile, betrieben vom MPIfR
      • VLBI-Beobachtungen: Alan Roy, Jan Wagner
      • APEX-Projektleiter: Karl M. Menten (Direktor am MPIfR)
    • Atacama Large Millimeter Array (ALMA) in Chile, betrieben in internationaler Kollaboration(einschließlich der europäischen Südsternwarte, ESO)
      • VLBI-Beobachtungen vom MPIfR: Helge Rottmann (als Teil des ALMA-Phasing-Projekts)
    • Grönland-Teleskop in Thule, an der Nordwestküste von Grönland
    • IRAM-30m-Teleskop am Pico Veleta, Spanien, betrieben vom deutsch-französisch-spanischen IRAM-Institut
      • VLBI-Beobachtungen vom MPIfR: Helge Rottmann (im Remote-Betrieb); von IRAM unter anderem: Pablo Torné
    • IRAM Northern Extended Millimetre Array (NOEMA), am Plateau de Bure in der Nähe von Grenoble, Frankreich
    • Kitt Peak 12m-Teleskop (KP12m) vom Arizona Radio Observatory auf dem Kitt Peak in Arizona, USA
    • James Clark Maxwell Telescope (JCMT) auf dem Mauna Kea, Hawaii, USA, betrieben vom East Asian Observatory (Taiwan, China, Japan und Südkorea)
    • Südpol-Teleskop (SPT), betrieben von einer internationalen Kollaboration (unter Beteiligung der Ludwig-Maximilians-Universität, München)
    • Submillimeter Array (SMA) auf dem Mauna Kea, Hawaii, USA
    • Submillimeter Telescope (SMT) des Arizona Radio Observatory auf dem Mount Graham, Arizona, USA

     

    Die NOEMA-Radioteleskope bei Sonnenuntergang. Bild vergrößern
    Die NOEMA-Radioteleskope bei Sonnenuntergang.

    The Large Millimetre Telescope Alfonso Serrano in der Nähe von Puebla in Mexiko kann an der Beobachtungskampagne 2021 nicht teilnehmen.  Neue Teleskope wie das Africa Millimetre Telescope sind in Planung für zukünftige Teilnahme am Netzwerk.

     

    Quellenliste für die Beobachtungen im April 2021

    Das EHT hat vier Quellen für die Beobachtungen im Jahr 2021 genehmigt, von denen eine, der vergleichsweise nahe Blazar Markarian 501, aufgrund seiner geringen Helligkeit nicht machbar sein wird.  Die drei verbleibenden Quellen sind:

    - das galaktische Zentrum, Sagittarius A*, in einer Entfernung von 25.000 Lichtjahren im Sternbild "Sagittarius" (EHT-Projekt)

    - die aktive Galaxie Virgo A (Messier 87 oder M 87), in einer Entfernung von 53 Millionen Lichtjahren im Sternbild "Virgo" (EHT-Projekt)

    - der entfernte Quasar 3C 273, ebenfalls im Sternbild "Jungfrau" in einer Entfernung von 2,7 Milliarden Lichtjahren (PI Tuomas Savolainen, Aalto Univ., und auch am MPIfR affiliert)

    Weitere aktive Galaxien (wie 3C 279 oder 4C +01.28) werden als Eich- oder Kalibrationsquellen verwendet.  Sgr A* im Zentrum unserer Milchstraße und die zentrale Quelle der Galaxie Messier 87 im Virgo-Galaxienhaufen stellen die beiden Schlüsselquellen für das EHT-Projekt dar.

    Polarlichter am Südpolteleskop. Bild vergrößern
    Polarlichter am Südpolteleskop.

    Partner und ausgewählte Kontaktpersonen

    In Stakeholder-Einrichtungen

    • Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Bonn
    • Goethe-Universität, Frankfurt
      • Luciano Rezzolla (BHC-Projektleiter) - rezzolla@th.physik.uni-frankfurt.de
    • Radboud Universiteit Nijmegen, Niederlande
      • Heino Falcke (BHC-Projektleiter) - H.Falcke@astro.ru.nl
    • Institut de radioastronomie millimétrique (IRAM), Grenoble, Frankreich, und Granada, Spanien
      • Karl Schuster (Direktor und Mitglied des EHT-Gremiums) - schuster@iram.fr
      • Miguel Sánchez Portal (IRAM-30m-Stationsleiter) - msanchez@iram.es
      • Pablo Torne (IRAM-30m-VLBI-Experte) – torne@iaa.es
    • Haystack Observatorium, Massachusetts Institute of Technology, MA, USA
    • Smithsonian Astrophysical Observatory, Harvard University, MA, USA
    • Perimeter Institute, Waterloo, ON, Kanada
    • Large Millimeter Telescope, Mexiko
    • University of Chicago, IL, USA
    • University of Arizona, Tucson, AZ, USA
    • Academia Sinica Institute of Astronomy and Astrophysics, Taipei, Taiwan
    • National Astronomical Observatory of Japan, Tokyo, Japan

     

    In angegliederten Einrichtungen:

    • Joint Institute for VLBI-ERIC, Dwingeloo, The Netherlands
    • Instituto de Astrofísica de Andalucía, Granada, Spain
      • Rocco Lico (Sekretär des EHT-Management-Teams) – rlico@iaa.es

     

    APEX-Teleskop: Festplatten mit EHT-Daten bereit zum Abtransport. Bild vergrößern
    APEX-Teleskop: Festplatten mit EHT-Daten bereit zum Abtransport.

    Links zu den teilnehmenden Teleskopen

    In Stakeholder-Einrichtungen

     

    Keine Teilnahme im Jahr 2021 bzw. Teleskop in Planung:

    • Large Millimeter Telescope  (LMT)
      http://www.lmtgtm.org/
    • Afrika-Millimeter-Telescope  (AMT
      http://www.ru.nl/amt/

     

     

     
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