Astronomer afbilder magnetiske felter ved kanten af ​​M87s sorte hul

Event Horizon Telescope (EHT) samarbejde, som producerede det første billede nogensinde af et sort hul, har i dag afsløret et nyt syn på det massive objekt i centrum af Messier 87 (M87) galaksen:Hvordan det ser ud i polariseret lys. Det er første gang astronomer har været i stand til at måle polarisering, en signatur af magnetiske felter, dette tæt på kanten af ​​et sort hul. Observationerne er nøglen til at forklare, hvordan M87-galaksen, ligger 55 millioner lysår væk, er i stand til at affyre energiske jetfly fra sin kerne.

"Vi ser nu det næste afgørende bevis for at forstå, hvordan magnetfelter opfører sig omkring sorte huller, og hvordan aktivitet i dette meget kompakte område af rummet kan drive kraftige jetfly, der strækker sig langt ud over galaksen, " siger Monika Moscibrodzka, Koordinator for EHT Polarimetry Working Group og adjunkt ved Radboud University i Holland.

Den 10. april 2019, videnskabsmænd udgav det første billede af et sort hul, afslører en lys ringlignende struktur med en mørk central region - det sorte huls skygge. Siden da, EHT-samarbejdet har dykket dybere ned i dataene om det supermassive objekt i hjertet af M87-galaksen indsamlet i 2017. De har opdaget, at en betydelig del af lyset omkring det sorte hul M87 er polariseret.

"Dette arbejde er en vigtig milepæl:Polariseringen af ​​lys bærer information, der giver os mulighed for bedre at forstå fysikken bag det billede, vi så i april 2019, hvilket ikke var muligt før, " forklarer Iván Martí-Vidal, også koordinator for EHT Polarimetry Working Group og GenT fremtrædende forsker ved University of Valencia, Spanien. Han siger, "At afsløre dette nye polariserede lysbillede krævede mange års arbejde på grund af de komplekse teknikker, der er involveret i at indhente og analysere dataene."

Lys bliver polariseret, når det går gennem visse filtre, som linserne til polariserede solbriller, eller når det udsendes i varme områder i rummet, hvor der er magnetiske felter. På samme måde som polariserede solbriller forbedrer synet ved at reducere refleksioner og blænding fra lyse overflader, astronomer kan skærpe deres syn på området omkring det sorte hul ved at se på, hvordan lyset, der stammer fra det, er polariseret. Specifikt, polarisering gør det muligt for astronomer at kortlægge de magnetiske feltlinjer, der er til stede ved den indvendige kant af det sorte hul.

"De nyligt offentliggjorte polariserede billeder er nøglen til at forstå, hvordan magnetfeltet tillader det sorte hul at 'æde' stof og affyre kraftige jetfly, " siger EHT-samarbejdsmedlem Andrew Chael, en NASA Hubble Fellow ved Princeton Center for Theoretical Science og Princeton Gravity Initiative i USA.

De lyse stråler af energi og stof, der kommer frem fra M87's kerne og strækker sig mindst 5, 000 lysår fra dens centrum er et af galaksens mest mystiske og energiske træk. Det meste stof, der ligger tæt på kanten af ​​et sort hul, falder i. Men nogle af de omgivende partikler undslipper øjeblikke før fangst og blæses langt ud i rummet i form af jetfly.

Astronomer har stolet på modeller af stofadfærd nær det sorte hul for bedre at forstå denne proces. Men de ved stadig ikke præcis, hvordan jetfly, der er større end selve galaksen, opsendes fra dens centrale region, som i størrelse kan sammenlignes med solsystemet, heller ikke hvordan, Nemlig, stof falder ned i det sorte hul. Med det nye EHT-billede af det sorte hul og dets skygge i polariseret lys, astronomer formåede for første gang at se ind i området lige uden for det sorte hul, hvor dette samspil mellem stof, der strømmer ind og slynges ud, finder sted.

Observationerne giver nye oplysninger om strukturen af ​​magnetfelterne lige uden for det sorte hul. Holdet fandt ud af, at kun teoretiske modeller med stærkt magnetiseret gas kan forklare, hvad de ser ved begivenhedshorisonten.

"Observationerne tyder på, at magnetfelterne ved det sorte huls kant er stærke nok til at skubbe den varme gas tilbage og hjælpe den med at modstå tyngdekraftens træk. Kun den gas, der glider gennem feltet, kan spiral indad til begivenhedshorisonten, " forklarer Jason Dexter, assisterende professor ved University of Colorado Boulder, OS, og koordinator for EHT Theory Working Group.

For at observere hjertet af M87-galaksen, samarbejdet forbandt otte teleskoper rundt om i verden – inklusive det nordlige Chile-baserede Atacama Large Millimeter/submillimeter Array og Atacama Pathfinder EXperiment, hvor European Southern Observatory (ESO) er en partner - til at skabe et virtuelt jordisk teleskop, EHT. Den imponerende opløsning opnået med EHT svarer til den, der er nødvendig for at måle længden af ​​et kreditkort på månens overflade.

"Med ALMA og APEX, som gennem deres sydlige placering forbedrer billedkvaliteten ved at tilføje geografisk spredning til EHT-netværket, Europæiske videnskabsmænd var i stand til at spille en central rolle i forskningen, " siger Ciska Kemper, European ALMA Program Scientist hos ESO. "Med sine 66 antenner, ALMA dominerer den samlede signalopsamling i polariseret lys, mens APEX har været afgørende for kalibreringen af ​​billedet."

"ALMA-data var også afgørende for kalibrering, afbilde og fortolke EHT-observationerne, giver stramme begrænsninger på de teoretiske modeller, der forklarer, hvordan stof opfører sig nær det sorte huls begivenhedshorisont, " tilføjer Ciriaco Goddi, en videnskabsmand ved Radboud Universitet og Leiden Observatory, Holland, som ledede en ledsagende undersøgelse, der kun var afhængig af ALMA-observationer.

EHT-opsætningen gjorde det muligt for holdet direkte at observere det sorte huls skygge og lysringen omkring den. Det nye billede med polariseret lys viser tydeligt, at ringen er magnetiseret. Resultaterne offentliggøres i dag i to separate artikler i Astrofysiske tidsskriftsbreve af EHT-samarbejdet. Forskningen involverede over 300 forskere fra flere organisationer og universiteter verden over.

"EHT gør hurtige fremskridt, med teknologiske opgraderinger af netværket og nye observatorier tilføjet. Vi forventer, at fremtidige EHT-observationer mere præcist vil afsløre den magnetiske feltstruktur omkring det sorte hul og fortælle os mere om fysikken af ​​den varme gas i denne region, " konkluderer EHT-samarbejdsmedlem Jongho Park, en East Asian Core Observatories Association Fellow ved Academia Sinica Institute of Astronomy and Astrophysics i Taipei.

Denne forskning blev præsenteret i to artikler af EHT-samarbejdet offentliggjort i dag i The Astrofysiske tidsskriftsbreve :"First M87 Event Horizon Telescope Results VII:Polarization of the Ring" (DOI:10.3847/2041-8213/abe71d ) og "First M87 Event Horizon Telescope Results VIII:Magnetic Field Structure Near The Event Horizon" (DOI:70.384/20.384/120. -8213/abe4de ). Ledsagende forskning præsenteres i papiret "Polarimetric properties of Event Horizon Telescope targets from ALMA" (DOI:10.3847/2041-8213/abee6a ) af Goddi, Martí-Vidal, Messias, og EHT-samarbejdet, som er blevet accepteret til offentliggørelse i The Astrofysiske tidsskriftsbreve .