Videnskab
 Science >> Videnskab >  >> Astronomi

Astronomer afslører stærke magnetiske felter i spiral ved kanten af ​​Mælkevejens centrale sorte hul

Event Horizon Telescope (EHT)-samarbejdet, der producerede det første billede nogensinde af vores sorte hul fra Mælkevejen udgivet i 2022, har fanget et nyt billede af det massive objekt i midten af ​​vores galakse: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, så tæt på kanten af ​​Skytten A*. Dette billede viser det polariserede billede af Mælkevejens sorte hul. Linjerne markerer orienteringen af ​​polarisationen, som er relateret til magnetfeltet omkring skyggen af ​​det sorte hul. Kredit:EHT Collaboration

Et nyt billede fra Event Horizon Telescope (EHT)-samarbejdet – som omfatter forskere fra Center for Astrophysics | Harvard &Smithsonian (CfA)— har afsløret stærke og organiserede magnetiske felter, der spiraler fra kanten af ​​det supermassive sorte hul Skytten A* (Sgr A*).

Set i polariseret lys for første gang har denne nye visning af monsteret, der lurer i hjertet af Mælkevejsgalaksen, afsløret en magnetisk feltstruktur, der påfaldende ligner den af ​​det sorte hul i midten af ​​M87-galaksen, hvilket tyder på, at stærk magnetisk felter kan være fælles for alle sorte huller. Denne lighed antyder også et skjult jetfly i Sgr A*.

Resultaterne blev offentliggjort i The Astrophysical Journal Letters .

Forskere afslørede det første billede af Sgr A* - som er cirka 27.000 lysår væk fra Jorden - i 2022, og afslørede, at selvom Mælkevejens supermassive sorte hul er mere end tusind gange mindre og mindre massivt end M87's, ser det bemærkelsesværdigt ud. .

Denne vidvinkelvisning af synligt lys viser de rige stjerneskyer i stjernebilledet Skytten (bueskytten) i retning af midten af ​​vores Mælkevejsgalakse. Hele billedet er fyldt med et stort antal stjerner - men langt flere forbliver skjult bag støvskyer og afsløres kun i infrarøde billeder. Denne visning blev skabt ud fra fotografier i rødt og blåt lys og er en del af Digitalized Sky Survey 2. Synsfeltet er cirka 3,5 grader x 3,6 grader. Kredit:ESO og Digitalized Sky Survey 2. Anerkendelse:Davide De Martin og S. Guisard

Dette fik videnskabsmænd til at spekulere på, om de to delte fælles træk uden for deres udseende. For at finde ud af det besluttede holdet at studere Sgr A* i polariseret lys. Tidligere undersøgelser af lys omkring M87* afslørede, at magnetfelterne omkring den sorte hul-gigant tillod den at sende kraftige stråler af materiale tilbage til det omgivende miljø. Med udgangspunkt i dette arbejde har de nye billeder afsløret, at det samme kan være tilfældet for Sgr A*.

"Det, vi ser nu, er, at der er stærke, snoede og organiserede magnetfelter nær det sorte hul i centrum af Mælkevejsgalaksen," sagde Sara Issaoun, CfA NASA Hubble Fellowship Program Einstein Fellow, Smithsonian Astrophysical Observatory (SAO) ) astrofysiker og medleder af projektet.

"Sammen med at Sgr A* har en slående lignende polarisationsstruktur som den, der ses i det meget større og kraftigere M87* sorte hul, har vi lært, at stærke og ordnede magnetiske felter er afgørende for, hvordan sorte huller interagerer med gassen og stoffet omkring dem."

Til venstre ses det supermassive sorte hul i midten af ​​Mælkevejsgalaksen, Sagittarius A*, i polariseret lys, de synlige linjer indikerer orienteringen af ​​polarisationen, som er relateret til magnetfeltet omkring skyggen af ​​det sorte hul . I midten, den polariserede emission fra centrum af Mælkevejen, som fanget af SOFIA. Bagerst til højre kortlagde Planck Collaboration polariseret emission fra støv over Mælkevejen. Kredit:S. Issaoun, EHT Collaboration

Lys er en oscillerende eller bevægende, elektromagnetisk bølge, der giver os mulighed for at se objekter. Nogle gange svinger lys i en foretrukken orientering, og vi kalder det "polariseret". Selvom polariseret lys omgiver os, kan det for menneskelige øjne ikke skelnes fra "normalt" lys.

I plasmaet omkring disse sorte huller giver partikler, der hvirvler rundt om magnetfeltlinjer, et polariseringsmønster vinkelret på feltet. Dette gør det muligt for astronomer at se mere og mere levende detaljer, hvad der sker i områder med sorte huller og kortlægge deres magnetiske feltlinjer.

"Ved at afbilde polariseret lys fra varm glødende gas nær sorte huller, udleder vi direkte strukturen og styrken af ​​de magnetiske felter, der leder strømmen af ​​gas og stof, som det sorte hul lever af og udstøder," sagde Harvard Black Hole Initiative Fellow og projektleder Angelo Ricarte. "Polariseret lys lærer os meget mere om astrofysikken, gassens egenskaber og mekanismer, der finder sted, når et sort hul føder."

Men at afbilde sorte huller i polariseret lys er ikke så let som at tage et par polariserede solbriller på, og det gælder især Sgr A*, som ændrer sig så hurtigt, at den ikke sidder stille til billeder. Billeddannelse af det supermassive sorte hul kræver sofistikerede værktøjer ud over dem, der tidligere blev brugt til at fange M87*, et meget mere stabilt mål.

CfA postdoc og SAO-astrofysiker Paul Tiede sagde:"Det er spændende, at vi overhovedet var i stand til at lave et polariseret billede af Sgr A*. Det første billede tog måneders omfattende analyse for at forstå dets dynamiske natur og afsløre dets gennemsnitlige struktur."

"At lave et polariseret billede øger udfordringen med dynamikken i de magnetiske felter omkring det sorte hul. Vores modeller forudsagde ofte meget turbulente magnetiske felter, hvilket gør det ekstremt vanskeligt at konstruere et polariseret billede. Heldigvis er vores sorte hul meget roligere, hvilket gør det første mulige billede."

Forskere er begejstrede for at få billeder af både supermassive sorte huller i polariseret lys, fordi disse billeder og de data, der følger med dem, giver nye måder at sammenligne og kontrastere sorte huller i forskellige størrelser og masser. Efterhånden som teknologien forbedres, vil billederne sandsynligvis afsløre endnu flere hemmeligheder om sorte huller og deres ligheder eller forskelle.

Set her i polariseret lys indikerer dette side-by-side billede af de supermassive sorte huller M87* og Skytten A* over for videnskabsmænd, at disse dyr har lignende magnetfeltstrukturer. Dette er betydningsfuldt, fordi det antyder, at de fysiske processer, der styrer, hvordan et sort hul føder og udsender et jetfly, kan være universelle træk blandt supermassive sorte huller. Kredit:EHT Collaboration

Michi Bauböck, postdoktor ved University of Illinois Urbana-Champaign, sagde:"M87* og Sgr A* er forskellige på nogle få vigtige måder:M87* er meget større, og den trækker stof ind fra omgivelserne i en meget hurtigere hastighed. Så vi kunne have forventet, at magnetfelterne også ser meget forskellige ud, men i dette tilfælde viste de sig at være ret ens, hvilket kan betyde, at denne struktur er fælles for alle sorte huller.

"En bedre forståelse af de magnetiske felter i nærheden af ​​sorte huller hjælper os med at besvare flere åbne spørgsmål – fra hvordan jetfly dannes og opsendes til, hvad der driver de lyse flares, vi ser i infrarødt lys og røntgenlys."

EHT har udført adskillige observationer siden 2017 og er planlagt til at observere Sgr A* igen i april 2024. Hvert år forbedres billederne, da EHT inkorporerer nye teleskoper, større båndbredde og nye observationsfrekvenser. Planlagte udvidelser for det næste årti vil muliggøre high-fidelity-film af Sgr A*, kan afsløre en skjult jetfly og kunne give astronomer mulighed for at observere lignende polarisationstræk i andre sorte huller. I mellemtiden vil udvidelse af EHT ud i rummet give skarpere billeder af sorte huller end nogensinde før.

CfA leder adskillige store initiativer for at styrke EHT kraftigt i løbet af det næste årti. Næste generations EHT-projekt (ngEHT) gennemfører en transformativ opgradering af EHT, der sigter mod at bringe flere nye radioretter online, muliggøre samtidige flerfarveobservationer og øge arrayets overordnede følsomhed.

ngEHT-udvidelsen vil gøre det muligt for arrayet at lave realtidsfilm af supermassive sorte huller på begivenhedshorisontskalaer. Disse film vil løse detaljerede strukturer og dynamik nær begivenhedshorisonten, hvilket bringer fokus på "stærkfelt"-tyngdekraftsegenskaber forudsagt af General Relativity samt samspillet mellem tilvækst og relativistisk jetlancering, der skulpturerer storskalastrukturer i universet.

I mellemtiden vil Black Hole Explorer (BHEX) missionskonceptet udvide EHT ud i rummet og producere de skarpeste billeder i astronomiens historie. BHEX vil muliggøre detektering og billeddannelse af "fotonringen" - en skarp ringfunktion, der er dannet af kraftig linseudstråling omkring sorte huller.

Egenskaberne af et sort hul er indprentet i størrelsen og formen af ​​fotonringen, og afslører masser og spins for snesevis af sorte huller, hvilket igen viser, hvordan disse mærkelige objekter vokser og interagerer med deres værtsgalakser.

Flere oplysninger: Issaoun, S. et al. Resultater fra First Sagittarius A* Event Horizon Telescope. VII. Polarization of the Ring, The Astrophysical Journal Letters (2024), DOI:10.3847/2041-8213/ad2df0

Ricarte A. et al, "First Sagittarius A* Event Horizon Telescope Results. VIII. Physical Interpretation of the Polarized Ring," The Astrophysical Journal Letters (2024), DOI:10.3847/2041-8213/ad2df1

Journaloplysninger: Astrofysiske tidsskriftsbreve

Leveret af Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics




Sidste artikel

Næste artikel

Varme artikler
Sprog: French | Italian | Spanish | Portuguese | Swedish | German | Dutch | Danish | Norway |

Videnskab © https://da.scienceaq.com