Der lurer noget i hjertet af Quasar 3C 279

For et år siden, Event Horizon Telescope (EHT) Collaboration offentliggjorde det første billede af et sort hul i den nærliggende radiogalakse M 87. Nu har samarbejdet udtrukket ny information fra EHT-dataene om den fjerne kvasar 3C 279:de observerede de fineste detaljer, der nogensinde er set i et jetfly produceret af et supermassivt sort hul. Nye analyser, ledet af Jae-Young Kim fra Max Planck Institute for Radio Astronomy (MPIfR) i Bonn, gjorde det muligt for samarbejdet at spore jetflyet tilbage til dets startpunkt, tæt på, hvor voldsomt variabel stråling fra hele det elektromagnetiske spektrum opstår.

Resultaterne offentliggøres i det kommende nummer af Astronomi og astrofysik den 7. april, 2020.

EHT-samarbejdet fortsætter med at udtrække information fra de banebrydende data indsamlet i deres globale kampagne i april 2017. Et mål for observationerne var en galakse 5 milliarder lysår væk i stjernebilledet Jomfruen, som forskerne klassificerer som en kvasar, fordi en ultra-lysende kilde til energi i dets centrum skinner og flimrer, når gas falder ned i et kæmpe sort hul. Målet, 3C 279, indeholder et sort hul omkring en milliard gange mere massivt end vores sol. Dobbelt brandslangelignende plasmastråler bryder ud fra det sorte hul og skivesystemet med hastigheder tæt på lysets hastighed:en konsekvens af de enorme kræfter, der udløses, når stof falder ned i det sorte huls enorme tyngdekraft.

For at tage det nye billede, EHT bruger en teknik kaldet meget lang baseline interferometri (VLBI), som synkroniserer og forbinder radioretter rundt om i verden. Ved at kombinere dette netværk til at danne et stort virtuelt teleskop i jordstørrelse, EHT er i stand til at opløse objekter så små som 20 mikrobuesekunder på himlen - det svarer til, at nogen på Jorden identificerer en appelsin på Månen. Data registreret på alle EHT-steder rundt om i verden transporteres til specielle supercomputere ved MPIfR og ved MIT's Haystack Observatory, hvor de kombineres. Det kombinerede datasæt bliver derefter omhyggeligt kalibreret og analyseret af et team af eksperter, hvilket så gør det muligt for EHT-forskere at producere billeder med de finest mulige detaljer fra jordens overflade.

For 3C 279, EHT kan måle funktioner, der er finere end et lysår på tværs, giver astronomer mulighed for at følge strålen ned til tilvækstskiven og se strålen og skiven i aktion. De nyligt analyserede data viser, at den normalt lige stråle har en uventet snoet form ved sin base og, afslører træk vinkelret på strålen, der kunne tolkes som polerne på tilvækstskiven, hvor strålerne udstødes. De fine detaljer i billederne ændrer sig over på hinanden følgende dage, muligvis på grund af rotation af accretion disken, og makulering og indfald af materiale, fænomener, der forventes fra numeriske simuleringer, men aldrig før observeret.

Jae-Young Kim, forsker ved MPIfR og hovedforfatter af papiret, er entusiastisk og samtidig forundret:"Vi vidste, at hver gang du åbner et nyt vindue til universet, kan du finde noget nyt. Her, hvor vi forventede at finde det område, hvor strålen dannes, ved at gå til det skarpeste billede som muligt, finder vi en slags vinkelret struktur. Det er som at finde en meget anderledes form ved at åbne den mindste Matryoshka-dukke."

Avery Broderick, en astrofysiker, der arbejder på Perimeter Institute, forklarer "For 3C 279, Kombinationen af ​​den transformative opløsning af EHT og nye beregningsværktøjer til fortolkning af dets data har vist sig at være åbenbarende. Det, der var en enkelt radiokerne, er nu opløst i to uafhængige komplekser. Og de bevæger sig - selv på skalaer så små som lyse måneder, jetflyet i 3C 279 suser mod os med mere end 99,5 % af lysets hastighed!"

På grund af denne hurtige bevægelse, strålen i 3C 279 ser ud til at bevæge sig med omkring 20 gange lysets hastighed. "Denne ekstraordinære optiske illusion opstår, fordi materialet løber mod os, jager selve det lys, det udsender, og får det til at se ud til at bevæge sig hurtigere, end det er, " præciserer Dom Pesce, en postdoc ved Center for Astrofysik | Harvard &Smithsonian (CfA). Den uventede geometri antyder tilstedeværelsen af ​​bevægelige stød eller ustabilitet i en bøjet, roterende stråle, hvilket også kan forklare emission ved høje energier såsom gammastråler.

Anton Zensus, Direktør ved MPIfR og formand for EHT Collaboration Board, understreger præstationen som en global indsats:"Sidste år kunne vi præsentere det første billede af skyggen af ​​et sort hul. Nu ser vi uventede ændringer i strålens form i 3C 279, og vi er ikke færdige endnu. Som vi fortalte sidste år:dette er kun begyndelsen."

"EHT-arrayet bliver altid bedre, " forklarer Shep Doeleman fra CfA, EHT stiftende direktør. "Disse nye kvasarresultater viser, at de unikke EHT-kapaciteter kan løse en lang række videnskabelige spørgsmål, som kun vil vokse, efterhånden som vi fortsætter med at tilføje nye teleskoper til arrayet. Vores team arbejder nu på en næste generation af EHT-array, der i høj grad vil skærpe fokus på sorte huller og give os mulighed for at lave de første sorte hul-film."

Muligheder for at gennemføre EHT-observationskampagner finder sted en gang om året i det tidlige nordlige forår, men marts/april 2020-kampagnen måtte aflyses som reaktion på det globale CoViD-19-udbrud. Ved at annoncere aflysningen af ​​Michael Hecht, astronom fra MIT/Haystack Observatory og EHT viceprojektdirektør, konkluderede, at:"Vi vil nu vie vores fulde koncentration til færdiggørelsen af ​​videnskabelige publikationer fra 2017-dataene og dykke ned i analysen af ​​data opnået med det forbedrede EHT-array i 2018. Vi ser frem til observationer med EHT-arrayet udvidet til elleve observatorier i foråret 2021."