Fotonringen:Et sort hul klar til nærbillede

Da videnskabsmænd afslørede menneskehedens første historiske billede af et sort hul i 2019 - der skildrede en mørk kerne omkranset af en brændende aura af materiale, der faldt mod den - troede de, at endnu rigere billeder og indsigt ventede på at blive drillet ud af dataene.

Simuleringer forudsagde, at skjult bag skæret fra det diffuse orange skær skulle der være en tynd, lys ring af lys skabt af fotoner slynget rundt om bagsiden af ​​det sorte hul af dets intense tyngdekraft.

Et team af forskere ledet af astrofysikeren Avery Broderick brugte sofistikerede billedbehandlingsalgoritmer til i det væsentlige at "remastere" de originale billeder af det supermassive sorte hul i centrum af M87-galaksen.

"Vi slukkede søgelyset for at se ildfluerne," sagde Broderick, et associeret fakultetsmedlem ved Perimeter Institute og University of Waterloo. "Vi har været i stand til at gøre noget dybtgående - at løse en grundlæggende signatur af tyngdekraften omkring et sort hul."

Ved i det væsentlige at "skrælle af" elementer af billederne, siger medforfatter Hung-Yi Pu, en assisterende professor ved National Taiwan Normal University, "kan miljøet omkring det sorte hul tydeligt afsløres."

For at opnå dette brugte holdet en ny billedbehandlingsalgoritme inden for Event Horizon Telescope (EHT) analyseramme THEMIS til at isolere og udtrække den distinkte ringfunktion fra de originale observationer af det sorte hul M87 – samt detektere det afslørende fodaftryk fra et kraftigt jetsprængning udad fra det sorte hul.

Forskernes resultater bekræfter både teoretiske forudsigelser og tilbyder nye måder at udforske disse mystiske objekter, som menes at ligge i hjertet af de fleste galakser.

Sorte huller blev længe anset for at være usynlige, indtil forskerne lokkede dem ud af deres skjul med et globalt netværk af teleskoper, EHT. Ved at bruge otte observatorier på fire kontinenter, pegede alle på det samme sted på himlen og forbundet med nanosekund-timing; EHT-forskerne observerede to sorte huller i 2017.

EHT-samarbejdet afslørede først det supermassive sorte hul i M87 i 2019, og derefter i 2022, det forholdsvis lille, men tumultariske sorte hul i hjertet af vores egen Mælkevejsgalakse, kaldet Sagittarius A* (eller Sgr A*). Supermassive sorte huller indtager midten af ​​de fleste galakser, og pakker en utrolig mængde masse og energi ind i et lille rum. Det sorte hul M87 er for eksempel to quadrillioner (det er en to efterfulgt af 15 nuller) gange mere massiv end Jorden.

M87-billedforskerne, der blev afsløret i 2019, var et vartegn, men forskerne mente, at de kunne skærpe billedet og få ny indsigt ved at arbejde smartere, ikke hårdere. De anvendte nye softwareteknikker til at rekonstruere de originale 2017-data på jagt efter fænomener, som teorier og modeller forudsagde lurede under overfladen. Det nye, resulterende billede viser fotonringen, der består af en række stadigt skarpere underringe, som holdet derefter stablede for at få det fulde billede.

"Den tilgang, vi tog, involverede at udnytte vores teoretiske forståelse af, hvordan disse sorte huller ser ud til at bygge en tilpasset model for EHT-dataene," sagde Dominic Pesce, et teammedlem baseret på Center for Astrofysik | Harvard og Smithsonian. "Denne model dekomponerer det rekonstruerede billede i de to stykker, som vi holder mest af, så vi kan studere begge stykker individuelt i stedet for at blive blandet sammen."

Resultatet var muligt, fordi EHT er et "beregningsinstrument i dets hjerte," sagde Broderick, der holder Delaney Family John Archibald Wheeler Chair ved Perimeter. "Det er lige så afhængigt af algoritmer, som det er af stål. Avanceret algoritmisk udvikling har gjort det muligt for os at undersøge nøglefunktioner i billedet, mens vi gengiver resten i EHT's oprindelige opløsning."

Forskernes resultater blev offentliggjort i The Astrophysical Journal . + Udforsk yderligere

At se Mælkevejens nye sorte hul er 'kun begyndelsen':amerikansk forsker