Afslører det sorte hul i hjertet af galaksen

Inkluderer den kraftfulde ALMA i en række teleskoper for første gang, astronomer har fundet ud af, at emissionen fra det supermassive sorte hul Sagittarius A* i centrum af galaksen kommer fra et mindre område end tidligere antaget. Det kan tyde på, at et radiojetfly fra Skytten A* er rettet næsten direkte mod os. Papiret, ledet af Nijmegen Ph.D. studerende Sara Issaoun, er udgivet i The Astrophysical Journal .

En tåget sky af varm gas har forhindret astronomer i at lave skarpe billeder af det supermassive sorte hul Skytten A*, sår tvivl om dens sande natur. Astronomer har nu inkorporeret det kraftige ALMA-teleskop i det nordlige Chile i et globalt netværk af radioteleskoper for at kigge gennem denne tåge, men kilden bliver ved med at overraske dem - dens emissionsområde er så lille, at kilden faktisk peger direkte på Jorden.

Ved at bruge observationsteknikken med meget lang baseline interferometri (VLBI) ved en frekvens på 86 GHz, som kombinerer mange teleskoper til et virtuelt teleskop på størrelse med Jorden, holdet lykkedes med at kortlægge de nøjagtige egenskaber af lysspredningen, der blokerer for vores syn på Skytten A*. Fjernelsen af ​​de fleste af spredningseffekterne har produceret et første billede af omgivelserne i det sorte hul.

Den høje kvalitet af det uspredte billede har gjort det muligt for holdet at begrænse teoretiske modeller for gassen omkring Sagittarius A*. Størstedelen af ​​radioemissionen kommer fra kun 300 milliontedele af en grad, og kilden har en symmetrisk morfologi. "Dette kan tyde på, at radioemissionen produceres i en skive af indfaldende gas i stedet for af en radiojet, " forklarer Issaoun, som har testet flere computermodeller mod dataene. "Imidlertid, det ville gøre Sagittarius A* til en undtagelse sammenlignet med andre radioudsendende sorte huller. Alternativet kunne være, at radioflyet næsten peger på os.«

Issaouns vejleder Heino Falcke, professor i radioastronomi ved Radboud Universitet, kalder dette meget usædvanligt, men han udelukker det heller ikke længere. Sidste år, Falcke ville have betragtet dette som en konstrueret model, men for nylig kom GRAVITY-holdet til en lignende konklusion ved hjælp af ESO's Very Large Telescope Interferometer af optiske teleskoper og en uafhængig teknik. "Måske er dette sandt trods alt, " slutter Falcke, "og vi ser på dette udyr fra et meget specielt udsigtspunkt."

Supermassive sorte huller er almindelige i galaksernes centre og kan generere de mest energiske fænomener i det kendte univers. Det menes, at omkring disse sorte huller, stof falder i en roterende skive og en del af dette stof udstødes i modsatte retninger langs to smalle stråler, kaldet jetfly, ved hastigheder tæt på lysets hastighed, som typisk producerer en masse radioemissioner. Om radioemissionen, vi ser fra Skytten A*, kommer fra den indfaldende gas eller den udstrømmende jet, er et spørgsmål om intens debat.

Skytten A* er det nærmeste supermassive sorte hul og vejer omkring 4 millioner solmasser. Dens tilsyneladende størrelse på himlen er mindre end 100 milliontedel af en grad, hvilket svarer til størrelsen af ​​en tennisbold på månen set fra Jorden. Teknikken til VLBI er påkrævet for at måle det. Opløsningen opnået med VLBI øges yderligere af observationsfrekvensen. Den højeste frekvens til dato for at bruge VLBI er 230 GHz. "De første observationer af Sagittarius A* ved 86 GHz stammer fra 26 år siden, med kun en håndfuld teleskoper. I årenes løb, kvaliteten af ​​dataene er blevet støt forbedret, efterhånden som flere teleskoper sluttede sig til, " siger J. Anton Zensus, direktør for Max Planck Institute for Radio Astronomy.

Issaouns og internationale kollegers forskning beskriver de første observationer ved 86 GHz, hvor ALMA også deltog, langt det mest følsomme teleskop på denne frekvens. ALMA blev en del af Global Millimeter VLBI Array (GMVA) i april 2017. ALMAs deltagelse, muliggjort af ALMA Phasing Project indsats, har været afgørende for projektets succes.

"Skytten A* er placeret på den sydlige himmel, derfor er ALMAs deltagelse vigtig ikke kun på grund af dens følsomhed, men også på grund af dens beliggenhed på den sydlige halvkugle, " siger Ciriaco Goddi, fra det europæiske ALMA Regional Center-knudepunkt i Holland (ALLEGRO, Leiden Observatorium). Ud over ALMA, 12 teleskoper i Nordamerika og Europa deltog også i netværket. Den opnåede opløsning var dobbelt så høj som i tidligere observationer ved denne frekvens, og producerede det første billede af Skytten A*, der er fuldstændig fri for interstellar spredning, en effekt forårsaget af tæthedsuregelmæssigheder i det ioniserede materiale langs synslinjen mellem Skytten A* og Jorden.

For at fjerne spredningen og få billedet, holdet brugte en teknik udviklet af Michael Johnson fra Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA). "Selvom spredning slører og forvrænger billedet af Skytten A*, den utrolige opløsning af disse observationer tillod os at fastlægge de nøjagtige egenskaber af spredningen, "siger Johnson." Vi kunne derefter fjerne de fleste af virkningerne fra spredning og begynde at se, hvordan tingene ser ud nær det sorte hul. Den gode nyhed er, at disse observationer viser, at spredning ikke vil forhindre Event Horizon Telescope i at se en sort hul-skygge ved 230 GHz, hvis der er en at se."

Fremtidige undersøgelser ved forskellige bølgelængder vil give supplerende information og yderligere observationsmæssige begrænsninger for denne kilde, som rummer nøglen til en bedre forståelse af sorte huller, de mest eksotiske objekter i det kendte univers.