We present Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) observations from the 2014 Long Baseline Campaign in dust continuum and spectral line emission from the HL Tau region. The continuum images at wavelengths of 2.9, 1.3, and 0.87 mm have unprecedented angular resolutions of 0 075 (10 AU) to 0 025 (3.5 AU), revealing an astonishing level of detail in the circumstellar disk surrounding the young solar analog HL Tau, with a pattern of bright and dark rings observed at all wavelengths. By fitting ellipses to the most distinct rings, we measure precise values for the disk inclination () and position angle We obtain a high-fidelity image of the 1.0 mm spectral index (α), which ranges from in the optically thick central peak and two brightest rings, increasing to 2.3–3.0 in the dark rings. The dark rings are not devoid of emission, and we estimate a grain emissivity index of 0.8 for the innermost dark ring and lower for subsequent dark rings, consistent with some degree of grain growth and evolution. Additional clues that the rings arise from planet formation include an increase in their central offsets with radius and the presence of numerous orbital resonances. At a resolution of 35 AU, we resolve the molecular component of the disk in HCO+ (1-0) which exhibits a pattern over LSR velocities from 2–12 km s−1 consistent with Keplerian motion around a ∼1.3 star, although complicated by absorption at low blueshifted velocities. We also serendipitously detect and resolve the nearby protostars XZ Tau (A/B) and LkHα358 at 2.9 mm.

Using Very Long Baseline Interferometry (VLBI) at the relatively short radio wavelength of 1.3 mm, a new intrinsic size estimate has been obtained for Sagittarius A*, the supermassive black hole candidate at the centre of the Milky Way. The resulting lower limit on the size of Sgr A* is less than the predicted size of the event horizon of the presumed black hole, suggesting that Sgr A* emissions centre not on the black hole itself but on the surrounding accretion flow. VLBI observations of the Galactic Centre at around 1.3 mm, less influenced by interstellar scattering than those made at longer wavelengths, open a new window onto black-hole physics that will become even more sensitive as new VLBI stations are built. The cores of most large galaxies are thought to harbour super massive black holes. Sagittarius A*, the compact source of radio, infrared and x-ray emission at the centre of the Milky Way, is the closest example of this phenomenon. This paper reports observations that set a limit less than the expected apparent size of the event horizon of the presumed black hole, suggesting that the bulk of Sgr A* emission may not be centred on the black hole, but arises in the surrounding accretion flow. The cores of most galaxies are thought to harbour supermassive black holes, which power galactic nuclei by converting the gravitational energy of accreting matter into radiation1. Sagittarius A* (Sgr A*), the compact source of radio, infrared and X-ray emission at the centre of the Milky Way, is the closest example of this phenomenon, with an estimated black hole mass that is 4,000,000 times that of the Sun2,3. A long-standing astronomical goal is to resolve structures in the innermost accretion flow surrounding Sgr A*, where strong gravitational fields will distort the appearance of radiation emitted near the black hole. Radio observations at wavelengths of 3.5 mm and 7 mm have detected intrinsic structure in Sgr A*, but the spatial resolution of observations at these wavelengths is limited by interstellar scattering4,5,6,7. Here we report observations at a wavelength of 1.3 mm that set a size of microarcseconds on the intrinsic diameter of Sgr A*. This is less than the expected apparent size of the event horizon of the presumed black hole, suggesting that the bulk of Sgr A* emission may not be centred on the black hole, but arises in the surrounding accretion flow.

SCUBA-2 is an innovative 10000 pixel bolometer camera operating at submillimetre wavelengths on the James Clerk Maxwell Telescope (JCMT). The camera has the capability to carry out wide-field surveys to unprecedented depths, addressing key questions relating to the origins of galaxies, stars and planets. With two imaging arrays working simultaneously in the atmospheric windows at 450 and 850 microns, the vast increase in pixel count means that SCUBA-2 maps the sky 100-150 times faster than the previous SCUBA instrument. In this paper we present an overview of the instrument, discuss the physical characteristics of the superconducting detector arrays, outline the observing modes and data acquisition, and present the early performance figures on the telescope. We also showcase the capabilities of the instrument via some early examples of the science SCUBA-2 has already undertaken. In February 2012, SCUBA-2 began a series of unique legacy surveys for the JCMT community. These surveys will take 2.5 years and the results are already providing complementary data to the shorter wavelength, shallower, larger-area surveys from Herschel. The SCUBA-2 surveys will also provide a wealth of information for further study with new facilities such as ALMA, and future telescopes such as CCAT and SPICA.

Approximately 10% of active galactic nuclei exhibit relativistic jets, which are powered by accretion of matter onto super massive black holes. While the measured width profiles of such jets on large scales agree with theories of magnetic collimation, predicted structure on accretion disk scales at the jet launch point has not been detected. We report radio interferometry observations at 1.3mm wavelength of the elliptical galaxy M87 that spatially resolve the base of the jet in this source. The derived size of 5.5 +/- 0.4 Schwarzschild radii is significantly smaller than the innermost edge of a retrograde accretion disk, suggesting that the M87 jet is powered by an accretion disk in a prograde orbit around a spinning black hole.

The Submillimetre Common User Bolometer Array 2 (SCUBA-2) is an instrument operating on the 15-m James Clerk Maxwell Telescope, nominally consisting of 5120 bolometers in each of two simultaneous imaging bands centred over 450 and 850 um. The camera is operated by scanning across the sky and recording data at a rate of 200 Hz. As the largest of a new generation of multiplexed kilopixel bolometer cameras operating in the (sub)millimetre, SCUBA-2 data analysis represents a significant challenge. We describe the production of maps using the Sub-Millimetre User Reduction Facility (SMURF) in which we have adopted a fast, iterative approach to map-making that enables data reduction on single, modern, high-end desktop computers, with execution times that are typically shorter than the observing times. SMURF is used in an automated setting, both at the telescope for real-time feedback to observers, as well as for the production of science products for the JCMT Science Archive at the Canadian Astronomy Data Centre. Three detailed case studies are used to: (i) explore convergence properties of the map-maker using simple prior constraints (Uranus -- a point source); (ii) achieve the white-noise limit for faint point-source studies (extragalactic blank-field survey of the Lockman Hole); and (iii) demonstrate that our strategy is capable of recovering angular scales comparable to the size of the array footprint (approximately 5 arcmin) for bright extended sources (star-forming region M17).

SCUBA-2 is a 10 000-bolometer submillimetre camera on the James Clerk Maxwell Telescope. The instrument commissioning was completed in 2011 September, and full science operations began in 2011 October. To harness the full potential of this powerful new astronomical tool, the instrument calibration must be accurate and well understood. To this end, the algorithms for calculating the line-of-sight opacity have been improved, and the derived atmospheric extinction relationships at both wavebands of the SCUBA-2 instrument are presented. The results from over 500 primary and secondary calibrator observations have allowed accurate determination of the flux conversion factors (FCF) for the 850 and 450 μm arrays. Descriptions of the instrument beam shape and photometry methods are presented. The calibration factors are well determined, with relative calibration accuracy better than 5 per cent at 850 μm and 10 per cent at 450 μm, reflecting the success of the derived opacity relations as well as the stability of the performance of the instrument over several months. The sample size of the calibration observations and accurate FCFs have allowed the determination of the 850 and 450 μm fluxes of several well-known submillimetre sources, and these results are compared with previous measurements from SCUBA.

Near a black hole, differential rotation of a magnetized accretion disk is thought to produce an instability that amplifies weak magnetic fields, driving accretion and outflow. These magnetic fields would naturally give rise to the observed synchrotron emission in galaxy cores and to the formation of relativistic jets, but no observations to date have been able to resolve the expected horizon-scale magnetic-field structure. We report interferometric observations at 1.3-millimeter wavelength that spatially resolve the linearly polarized emission from the Galactic Center supermassive black hole, Sagittarius A*. We have found evidence for partially ordered fields near the event horizon, on scales of ~6 Schwarzschild radii, and we have detected and localized the intra-hour variability associated with these fields.

Einstein's General Theory of Relativity (GR) successfully describes gravity. The most fundamental predictions of GR are black holes (BHs), but in spite of many convincing BH candidates in the Universe, there is no conclusive experimental proof of their existence using astronomical observations in the electromagnetic spectrum. Are BHs real astrophysical objects? Does GR hold in its most extreme limit or are alternatives needed? The prime target to address these fundamental questions is in the center of our own Galaxy, which hosts the closest and best-constrained supermassive BH candidate in the Universe, Sagittarius A* (Sgr A*). Three different types of experiments hold the promise to test GR in a strong-field regime using observations of Sgr A* with new-generation instruments. The first experiment aims to image the relativistic plasma emission which surrounds the event horizon and forms a "shadow" cast against the background, whose predicted size (~50 microarcseconds) can now be resolved by upcoming VLBI experiments at mm-waves such as the Event Horizon Telescope (EHT). The second experiment aims to monitor stars orbiting Sgr A* with the upcoming near-infrared interferometer GRAVITY at the Very Large Telescope (VLT). The third experiment aims to time a radio pulsar in tight orbit about Sgr A* using radio telescopes (including the Atacama Large Millimeter Array or ALMA). The BlackHoleCam project exploits the synergy between these three different techniques and aims to measure the main BH parameters with sufficient precision to provide fundamental tests of GR and probe the spacetime around a BH in any metric theory of gravity. Here, we review our current knowledge of the physical properties of Sgr A* as well as the current status of such experimental efforts towards imaging the event horizon, measuring stellar orbits, and timing pulsars around Sgr A*.

A major goal of the Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) is to make accurate images with resolutions of tens of milliarcseconds, which at submillimeter (submm) wavelengths requires baselines up to ~15 km. To develop and test this capability, a Long Baseline Campaign (LBC) was carried out from September to late November 2014, culminating in end-to-end observations, calibrations, and imaging of selected Science Verification (SV) targets. This paper presents an overview of the campaign and its main results, including an investigation of the short-term coherence properties and systematic phase errors over the long baselines at the ALMA site, a summary of the SV targets and observations, and recommendations for science observing strategies at long baselines. Deep ALMA images of the quasar 3C138 at 97 and 241 GHz are also compared to VLA 43 GHz results, demonstrating an agreement at a level of a few percent. As a result of the extensive program of LBC testing, the highly successful SV imaging at long baselines achieved angular resolutions as fine as 19 mas at ~350 GHz. Observing with ALMA on baselines of up to 15 km is now possible, and opens up new parameter space for submm astronomy.

Abstract The first very long baseline interferometry (VLBI) detections at 870 μ m wavelength (345 GHz frequency) are reported, achieving the highest diffraction-limited angular resolution yet obtained from the surface of the Earth and the highest-frequency example of the VLBI technique to date. These include strong detections for multiple sources observed on intercontinental baselines between telescopes in Chile, Hawaii, and Spain, obtained during observations in 2018 October. The longest-baseline detections approach 11 G λ , corresponding to an angular resolution, or fringe spacing, of 19 μ as. The Allan deviation of the visibility phase at 870 μ m is comparable to that at 1.3 mm on the relevant integration timescales between 2 and 100 s. The detections confirm that the sensitivity and signal chain stability of stations in the Event Horizon Telescope (EHT) array are suitable for VLBI observations at 870 μ m. Operation at this short wavelength, combined with anticipated enhancements of the EHT, will lead to a unique high angular resolution instrument for black hole studies, capable of resolving the event horizons of supermassive black holes in both space and time.