Ny analyse af sort hul afslører en vaklende skygge

I 2019, Event Horizon Telescope Collaboration leverede det første billede af et sort hul, afslører M87*—det supermassive objekt i midten af ​​M87-galaksen. Teamet har nu brugt erfaringerne fra sidste år til at analysere arkivdatasættene fra 2009-2013, nogle af dem ikke offentliggjort før.

Analysen afslører opførslen af ​​det sorte hul-billede over flere år, indikerer vedholdenhed af den halvmånelignende skyggefunktion, men også variation af dens orientering - halvmånen ser ud til at slingre. De fulde resultater blev vist i dag i The Astrofysisk tidsskrift .

Event Horizon Telescope er ikke ét enkelt teleskop, men et globalt partnerskab af teleskoper – inklusive det UChicago-ledede sydpolteleskop – som udfører synkroniserede observationer ved hjælp af teknikken Very Long Baseline Interferometry. Sammen danner de en virtuel radioskål på størrelse med jorden, giver en unik høj billedopløsning.

"Event Horizon Telescope giver os et nyt værktøj til at studere sorte huller og tyngdekraften på måder, som aldrig før var mulige, " sagde Bradford Benson, en lektor i astronomi og astrofysik ved UChicago. "Som medlemmer af South Pole Telescope (SPT) samarbejdet og EHT-netværket, vi ser frem til at bidrage til fremtidige undersøgelser – især på Sgr A*, det sorte hul i centrum af Mælkevejen, som vi har et unikt syn på givet SPT's placering på den geografiske sydpol."

"Med den utrolige vinkelopløsning fra Event Horizon Telescope, vi kunne se et billardspil blive spillet på Månen og ikke miste overblikket over resultatet!" sagde Maciek Wielgus, en astronom ved Center for Astrofysik | Harvard &Smithsonian, Black Hole Initiative Fellow, og hovedforfatter af det nye papir.

"Sidste år så vi et billede af skyggen af ​​et sort hul, bestående af en lys halvmåne dannet af varmt plasma, der hvirvler rundt M87*, og en mørk central del, hvor vi forventer, at begivenhedshorisonten for det sorte hul er, " sagde Wielgus. "Men disse resultater var kun baseret på observationer udført i løbet af en uges periode i april 2017, hvilket er alt for kort til at se en masse ændringer."

Men fra 2009 til 2013, forskere havde taget data fra M87* med tidlige prototype-arrays, før det fulde antal teleskoper sluttede sig til. De kunne trykke på disse data for at finde ud af, om halvmånestørrelsen og -retningen havde ændret sig.

2009-2013-observationerne består af langt færre data end dem, der blev udført i 2017, gør det umuligt at skabe et billede. I stedet, EHT-teamet brugte statistisk modellering til at se på ændringer i udseendet af M87* over tid.

Udvider analysen til 2009-2017 observationerne, forskere har vist, at M87* overholder teoretiske forventninger. Det sorte huls skyggediameter er forblevet i overensstemmelse med forudsigelsen af ​​Einsteins generelle relativitetsteori for et sort hul på 6,5 milliarder solmasser.

Men mens halvmånediameteren forblev konsistent, EHT-holdet fandt ud af, at dataene skjulte en overraskelse:Ringen slingrer, og det betyder store nyheder for videnskabsmænd. For første gang kan de få et glimt af den dynamiske struktur af tilvækststrømmen så tæt på det sorte huls begivenhedshorisont, under ekstreme tyngdekraftsforhold. At studere denne region har nøglen til at forstå fænomener som relativistisk jetlancering, og vil give videnskabsmænd mulighed for at formulere nye test af teorien om generel relativitet.

Gassen, der falder ned i et sort hul, varmes op til milliarder af grader, ioniserer og bliver turbulent i nærvær af magnetiske felter. "Fordi stofstrømmen er turbulent, halvmånen ser ud til at vakle med tiden, sagde Wielgus. Faktisk, vi ser en del variation der, og ikke alle teoretiske tilvækstmodeller tillader så meget vaklen. Hvad det betyder er, at vi kan begynde at udelukke nogle af modellerne baseret på den observerede kildedynamik."

"Disse tidlige EHT-eksperimenter giver os en skattekiste af langsigtede observationer af, at den nuværende EHT, selv med dens bemærkelsesværdige billeddannelsesevne, kan ikke matche, " sagde Shep Doeleman, den stiftende direktør for EHT. "Da vi første gang målte størrelsen på M87 i 2009, vi kunne ikke have forudset, at det ville give os det første glimt af sorte huls dynamik. Hvis du vil se et sort hul udvikle sig over et årti, der er ingen erstatning for at have et årti med data."

EHT-projektets videnskabsmand Geoffrey Bower tilføjede:"Overvågning af M87* med et udvidet EHT-array vil give nye billeder og meget rigere datasæt til at studere den turbulente dynamik. Vi arbejder allerede på at analysere dataene fra 2018-observationer, opnået med et ekstra teleskop placeret i Grønland. I 2021 planlægger vi observationer med yderligere to lokaliteter, giver ekstraordinær billedkvalitet. Det er en virkelig spændende tid til at studere sorte huller!"