¿Cómo puede el Event Horizon Telescope obtener una imagen de Sgr A* cuando no es visible desde todos los sitios al mismo tiempo?

Fui a https://eventhorizontelescope.org/array y leí sobre los diez sitios enumerados como parte del EHT, tengo una captura de pantalla combinada de ellos a continuación.

Hice un pequeño guión que también se muestra a continuación con coordenadas aproximadas, y vi que Sgr A* tiene una declinación de aproximadamente -29,5 grados (Sur). Lo hice girar alrededor de la tierra, calculé el producto escalar entre cada uno de los vectores de posición de los sitios y todas las normales apuntando a Sgr A* mientras gira alrededor de la Tierra.

Luego tracé el ángulo de elevación sobre el horizonte para los diez sitios. ¡Me sorprendió bastante!

  1. ¡Sgr A* nunca está por encima del horizonte para el telescopio de Groenlandia!
  2. Sgr A* nunca es visible simultáneamente ni siquiera para los nueve telescopios restantes

¿He cometido un error? Si no, ¿cómo estos diez sitios combinan sus datos para obtener imágenes de Sgr A*?

Event Horizon Telescope visibilidad de Sgr A*

Telescopio de horizonte de eventos

class Site(object):
    def __init__(self, name, lat, lon, alt):
        self.name = str(name)
        self.lat  = rads * float(lat)
        self.lon  = rads * float(lon)
        self.alt  = km   * float(alt)
        (clat, slat), (clon, slon) = [[f(x) for f in (np.cos, np.sin)] for x in (self.lat, self.lon)]
        self.norm = np.array([clon*clat, slon*clat, slat])

data = (('Northern Extended Millimeter Array', (44.634, 5.908, 2550.)),
        ('IRAM 30 meter telescope', (37.066, -3.393, 2850.)),
        ('The Greenland Telescope now near Thule Air Base', (76.531, -68.703, 10.)),
        ('Combined Array for Research in Millimeter-wave Astronomy CARMA', (37.280, -118.142, 2196.)),
        ('Kitt Peak National Observatory 12 meter Submillimeter Telescope (SMT)', (1.9583, -111.5967,  2096.)),
        ('Mt. Graham International Observatory 12 meter ALMA prototye', (32.701, -109.892, 3191.)),
        ('The Large Millimeter Telescope Alfonso Serrano', (18.985, -97.315, 4600.)),
        ('ALMA', (-22.971, -67.703, 4800.)),
        ('Caltech Submillimeter Observatory', (19.823, -155.476, 4140.)),
        ('South Pole Telescope', (-90.0, 0.0, 2800.)))

# https://eventhorizontelescope.org/array
# https://astronomy.stackexchange.com/questions/26413/math-behind-a-uv-plot-in-interferometry

datadict = dict(data)

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
from skyfield.api import Topos, Loader, EarthSatellite
from mpl_toolkits.mplot3d import Axes3D

halfpi, pi, twopi = [f*np.pi for f in (0.5, 1, 2)]
degs, rads = 180/pi, pi/180
km         = 0.001

sites = [Site(a, *b) for a, b in datadict.items()]

Dec = rads * -29.5  # SgrA_star
cDec, sDec = [f(Dec) for f in (np.cos, np.sin)]
th         = twopi * np.linspace(0, 1, 100001)[:-1]
cth, sth   = [f(th) for f in (np.cos, np.sin)]
zth, oth   = np.zeros_like(th), np.ones_like(th)

SgrA_star = np.stack([cDec*cth, cDec*sth, sDec*oth], axis=1)

for site in sites:
    site.elev = np.arcsin(np.dot(SgrA_star, site.norm))

if True:
    for site in sites:
        plt.plot(degs*site.elev)
    plt.plot(zth, '-k', linewidth=2)
    plt.ylim(-90, 90)
    plt.ylabel('elevation (deg)', fontsize=16)
    plt.show()
¡Mejor cambia tu guión por M87!
@RobJeffries oh oh! :-0

Respuestas (3)

No creo que sea necesario que todos los telescopios vean el objetivo simultáneamente si puede suponer que la fuente que está observando solo varía en escalas de tiempo más largas de lo que tarda la fuente en ser visible para todos los telescopios. Claro, la línea de base máxima que puede obtener estará definida por el par más distante de telescopios de observación simultánea, pero eso no le impide agregar imágenes tomadas en otros momentos.

Esta es muy probablemente la razón por la que M87 es, de hecho, la primera imagen presentada por el EHT. La escala de tiempo para la variabilidad significativa alrededor de este (gran) agujero negro estará en orden unas pocas veces. 2 GRAMO METRO / C 3 , que son unos días para el agujero negro M87. La obtención de imágenes de Sgr A* va a ser más difícil (o al menos más borrosa) porque la escala de tiempo de variabilidad es de minutos.

Parece (según el documento de reducción de datos ) que los primeros pasos implican tratar cada línea de base en forma de pares (como sugerí anteriormente) y luego combinarlas en toda la red, con las líneas de base que se observaron en ese momento, para dar datos en la resolución de tiempo sorprendentemente alta (para mí) de 10 s.

Ahora que se han publicado los datos/imágenes de Sgr A* ( Akiyama et al. 2022 ), se revela la siguiente información:

Las observaciones del EHT se realizaron con ocho observatorios en seis ubicaciones: ALMA y Atacama Pathfinder Experiment (APEX) en el Llano de Chajnantor en Chile, el Gran Telescopio Milimétrico Alfonso Serrano (LMT) en el Volcán Sierra Negra en México, el Telescopio James Clerk Maxwell (JCMT) y Submillimeter Array (SMA) en Maunakea en Hawai'i, el telescopio IRAM de 30 m en Pico Veleta (PV) en España, el Telescopio Submillimeter (SMT) en Mt. Graham en Arizona, y el Telescopio del Polo Sur (SPT ) en la Antártida.

Creo que necesita observar simultáneamente. En realidad, desea comparar la fase de la señal de RF en cada telescopio y la fuente no está correlacionada en fase con el tiempo.
@SteveLinton Edición pequeña: eso es cierto en la medida en que la línea de base máxima alcanzable se determinará mediante la observación simultánea de telescopios.
Gracias, miraré el papel. Nunca había pensado en escalas de tiempo, eso me dará algo en lo que pensar.
Sí, este plazo es un tema clave. ¡Gracias!

Las observaciones M87 anunciadas recientemente solo utilizaron 8 de los 10 sitios. Este documento incluye este diagrama. Incluso el instrumento del Polo Sur parece haber sido utilizado solo para calibraciones (las líneas discontinuas).

ingrese la descripción de la imagen aquí

Gracias por tu respuesta, echaré un vistazo.
Por cierto, dejaré mi pregunta tal como está y esperaré una respuesta sobre las imágenes de Sgr A*. Mi pregunta no hace ninguna referencia a nada inminente o próximo; ¡Estoy realmente interesado en cómo representarán a Sgr A*! Sin embargo, haré una nueva pregunta sobre M87 y la vincularé aquí. ¡Gracias por el gráfico!
  1. ¡Sgr A* nunca está por encima del horizonte para el telescopio de Groenlandia!

Bueno, Sgr A* no es el único foco de EHT; el sitio web menciona que también estudia otros objetos como la galaxia M87 en Virgo que, con una declinación de +12°, es visible desde Groenlandia.

  1. Sgr A* nunca es visible simultáneamente ni siquiera para los nueve telescopios restantes

La interferometría de línea de base muy larga simplemente combina los resultados de los telescopios que pueden (y han sido) apuntados a un objetivo específico en un momento específico (más o menos unos pocos nanosegundos, porque algunos telescopios pueden estar más lejos del objetivo que otros, y la luz tarda un poco más o menos en llegar a ellos). Por lo tanto, nunca utilizará todo el potencial de todos los telescopios de la matriz simultáneamente.

En la ubicación del correlacionador se reproducen los datos. El tiempo de reproducción se ajusta de acuerdo con las señales del reloj atómico en (cintas/unidades de disco/señal de fibra óptica) y los tiempos estimados de llegada de la señal de radio a cada uno de los telescopios. Por lo general, se prueba un rango de tiempos de reproducción en un rango de nanosegundos hasta que se encuentra el tiempo correcto.

1) "...simplemente combina los resultados de los telescopios..." ¿ ¡cómo!? 2) Son milisegundos porque los telescopios están a decenas de miles de kilómetros de distancia, ¡ no nanosegundos! 3) la cotización en bloque tiene que ver con la recuperación de la hora local con respecto a cada reloj atómico local, no con la interferometría. Consulte ¿Cómo implementa la interferometría el Event Horizon Telescope?
Eso se explica brevemente en el artículo de Wikipedia .
No tengo que recordarte que "ir a leer Wikipedia" no es una buena manera de responder una pregunta de Stack Exchange.
Solo me estoy enfocando en (la parte de) su pregunta que se refiere a la configuración geográfica de los telescopios, porque eso es en lo que se enfoca (ver, por ejemplo, el título). Si desea saber en detalle cómo funciona VLBI, probablemente debería hacer una nueva pregunta.
Esperaré una buena respuesta a "... ¿cómo estos diez sitios combinan sus datos para generar imágenes de Sgr A*?"
Ya lo mencioné en mi primer comentario anterior. También he agregado una respuesta. Ese pregunta sobre "implementar interferometría" y eso es a nivel de hardware. Este pregunta sobre "imágenes" y eso sería algorítmico. En ambos casos las respuestas han reconocido la distinción y respondido apropiadamente.
Ah, me perdí que editaras el comentario.
¿Cómo puede el Event Horizon Telescope obtener una imagen de Sgr A* cuando no es visible desde todos los sitios al mismo tiempo?
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