Komunikat prasowy

Pierwszy bezpośredni obraz czarnej dziury wyrzucającej potężny dżet

26 kwietnia 2023

Po raz pierwszy astronomowie zaobserwowali na tym samym zdjęciu cień czarnej dziury w centrum galaktyki Messier 87 (M87) i potężny dżet wyrzucany przez nią. Obserwacje wykonano w 2018 roku teleskopami Global Millimetre VLBI Array (GMVA), Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), w którym ESO jest partnerem, oraz Greenland Telescope (GLT). Dzięki nowemu obrazowi, naukowcy mogą lepiej zrozumieć, w jaki sposób czarne dziury mogą wystrzeliwać tak energetyczne dżety.

Większość galaktyk posiada supermasywne czarne dziury w swoich centrach. O ile czarne dziury znane są z pochłaniania materii ze swojego bezpośredniego otoczenia, mogą także wystrzeliwać potężne dżety materii rozciągające się nawet poza galaktyki, w których rezydują. Zrozumienie, w jaki sposób czarne dziury tworzą tego typu olbrzymie dżety, jest wieloletnim problemem w astronomii. „Wiemy, że dżety są wyrzucane z obszaru otaczającego czarne dziury”, mówi Ru-Sen Lu z Shanghai Astronomical Observatory w Chinach, „ale nadal nie rozumiemy w pełni, jak to się faktycznie dzieje. Aby zbadać to bezpośrednio, musimy obserwować źródło dżetu tak blisko czarnej dziury, jak to możliwe.”

Nowe, opublikowane dzisiaj zdjęcie po raz pierwszy precyzyjnie pokazuje tę kwestię: w jaki sposób podstawa dżety łączy się z materię wirującą wokół supermasywnej czarnej dziury. Celem jest galaktyka M87, zlokalizowana w odległości 55 milionów lat świetlnych, w naszym kosmicznym sąsiedztwie, która jest domem czarnej dziury 6,5 miliarda razy masywniejszej niż Słońce. Dzięki wcześniejszym obserwacjom udało się zobrazować osobno obszar bliski czarnej dziurze oraz dżet. Tym razem po raz pierwszy obie struktury zostały zaobserwowane razem. „Nowe zdjęcie uzupełnia obraz pokazując w tym samym czasie rejon wokół czarnej dziury i dżet” dodaje Jae-Young Kim from z Kyungpook National University w Korei Południowej i z Max Planck Institute for Radio Astronomy w Niemczech.

Obraz uzyskano przy pomocy GMVA, ALMA oraz GLT, tworzących sieć radioteleskopów wokół całego globu, pracujących razem jako wirtualny teleskop o rozmiarach Ziemi. Tak wielka sieć potrafi rozróżnić drobne szczegóły w obszarze wokół czarnej dziury w M87.

Nowy obraz pokazuje dżet zaczynający się blisko czarnej dziury, a także coś, co naukowcy nazywają cieniem czarnej dziury. Gdy materia krąży wokół czarnej dziury, rozgrzewa się i emituje światło. Czarna dziura zakrzywia i przechwytuje część tego światła, tworząc wokół siebie strukturę podobną do pierścienia, gdy patrzymy na nią z Ziemi. Ciemność w centrum pierścienia to cień czarnej dziury, który został po raz pierwszy zobrazowany przez Teleskop Horyzontu Zdarzeń (EHT) w 2017 roku. Oba obrazy, najnowszy i ten z EHT, łączą dane uzyskane wieloma radioteleskopami na całym świecie, ale zdjęcie zaprezentowane dzisiaj pokazuje fale radiowe emitowane na większych długościach fali niż w przypadku EHT (3,5 mm zamiast 1,3 mm). „Na tej długości fali możemy zobaczyć, jak z pierścienia emisji wokół centralnej supermasywnej czarnej dziury rodzi się dżet” komentuje Thomas Krichbaum z Max Planck Institute for Radio Astronomy. 

Rozmiar pierścienia obserwowanego przez sieć GMVA jest o prawie 50% większy w porównaniu do obrazu z Teleskopu Horyzontu Zdarzeń. „Aby zrozumieć fizyczne źródło większego i grubszego pierścienia, musimy wykorzystać symulacje komputerowe, aby przetestować różne scenariusze” wyjaśnia Keiichi Asada z Academia Sinica na Tajwanie. Wyniki sugerują, że nowy obraz ujawnia więcej materii, która spada w stronę czarnej dziury, niż mogło być zaobserwowane przez EHT.

Nowe obserwacje czarnej dziury w M87 zostały przeprowadzone w 2018 roku przy pomocy sieci GMVA, zawierającej 14 radioteleskopów w Europie i Ameryce Północnej [1]. Dodatkowo do GMVA podłączono wtedy dwa inne obserwatoria: Greenland Telescope oraz ALMA, w którym ESO jest partnerem. Sieć ALMA zawiera 66 anten na chilijskiej pustyni Atakama i odegrała kluczową rolę w opisywanych obserwacjach. Dane zbierane wszystkimi teleskopami na całym świecie są łączone przy pomocy techniki zwanej interferometrią, która synchronizuje sygnały odbierane przez poszczególne urządzenia. Ale żeby prawidłowo uzyskać rzeczywisty kształt obiektu astronomicznego, ważne jest, aby teleskopy były rozsiane po całej Ziemi. Teleskopy GMVA są położone głównie na linii wschód-zachód, więc dodanie ALMA z półkuli południowej, było kluczowe dla uchwycenia obrazu dżetu i cienia czarnej dziury w M87. „Dzięki umiejscowieniu ALMA i jej czułości, możemy ujawnić cień czarnej dziury i zobaczyć głębiej emisję z dżetu, obie rzeczy w tym samym czasie| wyjaśnia Lu.

Przyszłe obserwacje przy pomocy tej sieci teleskopów będą kontynuowane, aby ujawnić więcej, jak supermasywna czarna dziura wystrzeliwuje potężne dżety. „Planujemy obserwować rejon wokół czarnej dziury w centrum M87 na różnych długościach fal radiowych, aby dokładniej zbadać emisję z dżetu” mówi Eduardo Ros z Max Planck Institute for Radio Astronomy. Tego typu jednoczesne obserwacje pozwolą zespołowi na rozwikłanie skomplikowanych procesów, które zachodzą w pobliżu supermasywnej czarnej dziury. Nadchodzące lata będą ciekawe, gdyż będzie w stanie dowiedzieć się więcej o tym, co dzieje się blisko jednego z najbardziej zagadkowych rejonów we Wszechświecie” podsumowuje Ros.

Uwagi

[1] Sieć radioteleskopów Korean VLBI Network jest obecnie częścią GMVA, ale nie brała udziału w opisywanych tutaj obserwacjach.

Więcej informacji

Wyniki badań zaprezentowano w artykule pt. „A ring-like accretion structure in M87 connecting its black hole and jet", który ukaże się w Nature (doi: 10.1038/s41586-023-05843-w)

Skład zespołu badawczego: Ru-Sen Lu (Shanghai Astronomical Observatory, People’s Republic of China [Shanghai]; Key Laboratory of Radio Astronomy, People’s Republic of China [KLoRA]; Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Germany [MPIfR]), Keiichi Asada (Institute of Astronomy and Astrophysics, Academia Sinica, Taiwan, ROC [IoAaA]), Thomas P. Krichbaum (MPIfR), Jongho Park (IoAaA;  Korea Astronomy and Space Science Institute, Republic of Korea [KAaSSI]), Fumie Tazaki (Simulation Technology Development Department, Tokyo Electron Technology Solutions Ltd., Japan; Mizusawa VLBI Observatory, National Astronomical Observatory of Japan, Japan [Mizusawa]), Hung-Yi Pu (Department of Physics, National Taiwan Normal University, Taiwan, ROC; IoAaA; Center of Astronomy and Gravitation, National Taiwan Normal University, Taiwan, ROC), Masanori Nakamura (National Institute of Technology, Hachinohe College, Japan; IoAaA), Andrei Lobanov (MPIfR), Kazuhiro Hada (Mizusawa; Department of Astronomical Science, The Graduate University for Advanced Studies, Japan), Kazunori Akiyama (Black Hole Initiative at Harvard University, USA; Massachusetts Institute of Technology Haystack Observatory, USA [Haystack]; National Astronomical Observatory of Japan, Japan [NAOoJ]), Jae-Young Kim (Department of Astronomy and Atmospheric Sciences, Kyungpook National University, Republic of Korea; KAaSSI; MPIfR), Ivan Marti-Vidal (Departament d’Astronomia i Astrofísica, Universitat de València, Spain; Observatori Astronòmic, Universitat de València, Spain), Jose L. Gomez (Instituto de Astrofísica de Andalucía-CSIC, Spain [IAA]), Tomohisa Kawashima (Institute for Cosmic Ray Research, The University of Tokyo, Japan), Feng Yuan (Shanghai; Key Laboratory for Research in Galaxies and Cosmology, Chinese Academy of Sciences, People’s Republic of China; School of Astronomy and Space Sciences, University of Chinese Academy of Sciences, People’s Republic of China [SoAaSS]), Eduardo Ros (MPIfR), Walter Alef (MPIfR), Silke Britzen (MPIfR), Michael Bremer (Institut de Radioastronomie Millimétrique, France [IRAMF]), Avery E. Broderick (Department of Physics and Astronomy, University of Waterloo, Canada [Waterloo]; Waterloo Centre for Astrophysics, University of Waterloo, Canada; Perimeter Institute for Theoretical Physics, Canada), Akihiro Doi (The Institute of Space and Astronautical Science, Japan Aerospace Exploration Agency, Japan; Department of Space and Astronautical Science, SOKENDAI, Japan [SOKENDAI]), Gabriele Giovannini (Dipartimento di Fisica e Astronomia, Università di Bologna, Italy; Istituto di Radio Astronomia, INAF, Bologna, Italy [INAF]), Marcello Giroletti (INAF), Paul T. P. Ho (IoAaA), Mareki Honma (Mizusawa; Hachinohe; Department of Astronomy, The University of Tokyo, Japan), David H. Hughes (Instituto Nacional de Astrofísica, Mexico), Makoto Inoue (IoAaA), Wu Jiang (Shanghai), Motoki Kino (NAOoJ; Kogakuin University of Technology and Engineering, Japan), Shoko Koyama (Niigata University, Japan; IoAaA), Michael Lindqvist (Department of Space, Earth and Environment, Chalmers University of Technology, Sweden [Chalmers]), Jun Liu (MPIfR), Alan P. Marscher (Institute for Astrophysical Research, Boston University, USA), Satoki Matsushita (IoAaA), Hiroshi Nagai (NAOoJ; SOKENDAI), Helge Rottmann (MPIfR), Tuomas Savolainen (Department of Electronics and Nanoengineering, Aalto University, Finland; Metsähovi Radio Observatory, Finland [Metsähovi]; MPIfR), Karl-Friedrich Schuster (IRAMF), Zhi-Qiang Shen (Shanghai; KLoRA), Pablo de Vicente (Observatorio de Yebes, Spain [Yebes]), R. Craig Walker (National Radio Astronomy Observatory, Socorro, USA), Hai Yang (Shanghai; SoAaSS), J. Anton Zensus (MPIfR), Juan Carlos Algaba (Department of Physics, Universiti Malaya, Malaysia), Alexander Allardi (University of Vermont, USA), Uwe Bach (MPIfR), Ryan Berthold (East Asian Observatory, USA [EAO]), Dan Bintley (EAO), Do-Young Byun (KAaSSI; University of Science and Technology, Daejeon, Republic of Korea), Carolina Casadio (Institute of Astrophysics, Heraklion, Greece; Department of Physics, University of Crete, Greece), Shu-Hao Chang (IoAaA), Chih-Cheng Chang (National Chung-Shan Institute of Science and Technology, Taiwan, ROC [Chung-Shan]), Song-Chu Chang (Chung-Shan), Chung-Chen Chen (IoAaA), Ming-Tang Chen (Institute of Astronomy and Astrophysics, Academia Sinica, USA [IAAAS]), Ryan Chilson (IAAAS), Tim C. Chuter (EAO), John Conway (Chalmers), Geoffrey B. Crew (Haystack), Jessica T. Dempsey (EAO; Astron, The Netherlands [Astron]), Sven Dornbusch (MPIfR), Aaron Faber (Western University, Canada), Per Friberg (EAO), Javier González García (Yebes), Miguel Gómez Garrido (Yebes), Chih-Chiang Han (IoAaA), Kuo-Chang Han (System Development Center, National Chung-Shan Institute of Science and Technology, Taiwan, ROC), Yutaka Hasegawa (Osaka Metropolitan University, Japan [Osaka]), Ruben Herrero-Illana (European Southern Observatory, Chile), Yau-De Huang (IoAaA), Chih-Wei L. Huang (IoAaA), Violette Impellizzeri (Leiden Observatory, the Netherlands; National Radio Astronomy Observatory, Charlottesville, USA [NRAOC]), Homin Jiang (IoAaA), Hao Jinchi (Electronic Systems Research Division, National Chung-Shan Institute of Science and Technology, Taiwan, ROC), Taehyun Jung (KAaSSI), Juha Kallunki (Metsähovi), Petri Kirves (Metsähovi), Kimihiro Kimura (Japan Aerospace Exploration Agency, Japan), Jun Yi Koay (IoAaA), Patrick M. Koch (IoAaA), Carsten Kramer (IRAMF), Alex Kraus (MPIfR), Derek Kubo (IAAAS), Cheng-Yu Kuo (National Sun Yat-Sen University, Taiwan, ROC), Chao-Te Li (IoAaA), Lupin Chun-Che Lin (Department of Physics, National Cheng Kung University, Taiwan, ROC ), Ching-Tang Liu (IoAaA), Kuan-Yu Liu (IoAaA), Wen-Ping Lo (Department of Physics, National Taiwan University, Taiwan, ROC; IoAaA), Li-Ming Lu (Chung-Shan), Nicholas MacDonald (MPIfR), Pierre Martin-Cocher (IoAaA), Hugo Messias (Joint ALMA Observatory, Chile; Osaka), Zheng Meyer-Zhao (Astron; IoAaA), Anthony Minter (Green Bank Observatory, USA), Dhanya G. Nair (Astronomy Department, Universidad de Concepción, Chile), Hiroaki Nishioka (IoAaA), Timothy J. Norton (Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian, USA [CfA]), George Nystrom (IAAAS), Hideo Ogawa (Osaka), Peter Oshiro (IAAAS), Nimesh A. Patel (CfA), Ue-Li Pen (IoAaA), Yurii Pidopryhora (MPIfR; Argelander-Institut für Astronomie, Universität Bonn, Germany), Nicolas Pradel (IoAaA), Philippe A. Raffin (IAAAS), Ramprasad Rao (CfA), Ignacio Ruiz (Institut de Radioastronomie Millimétrique, Granada, Spain [IRAMS]), Salvador Sanchez (IRAMS), Paul Shaw (IoAaA), William Snow (IAAAS), T. K. Sridharan (NRAOC; CfA), Ranjani Srinivasan (CfA; IoAaA), Belén Tercero (Yebes), Pablo Torne (IRAMS), Thalia Traianou (IAA; MPIfR), Jan Wagner (MPIfR), Craig Walther (EAO), Ta-Shun Wei (IoAaA), Jun Yang (Chalmers), Chen-Yu Yu (IoAaA).

This research has made use of data obtained with the Global Millimeter VLBI Array (GMVA), which consists of telescopes operated by the Max-Planck-Institut für Radioastronomie (MPIfR), Institut de Radioastronomie Millimétrique (IRAM), Onsala Space Observatory (OSO), Metsähovi Radio Observatory (MRO), Yebes, the Korean VLBI Network (KVN), the Green Bank Telescope (GBT) and the Very Long Baseline Array (VLBA).

The Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), an international astronomy facility, is a partnership of ESO, the U.S. National Science Foundation (NSF) and the National Institutes of Natural Sciences (NINS) of Japan in cooperation with the Republic of Chile. ALMA is funded by ESO on behalf of its Member States, by NSF in cooperation with the National Research Council of Canada (NRC) and the National Science and Technology Council (NSTC) in Taiwan and by NINS in cooperation with the Academia Sinica (AS) in Taiwan and the Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI). ALMA construction and operations are led by ESO on behalf of its Member States; by the National Radio Astronomy Observatory (NRAO), managed by Associated Universities, Inc. (AUI), on behalf of North America; and by the National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ) on behalf of East Asia. The Joint ALMA Observatory (JAO) provides the unified leadership and management of the construction, commissioning and operation of ALMA. 

The Greenland Telescope (GLT) retrofit, rebuild, and operation are led by the Academia Sinica, Institute of Astronomy and Astrophysics (ASIAA) and the Smithsonian Astrophysical Observatory (SAO).

Europejskie Obserwatorium Południowe (ESO) umożliwia naukowcom z całego świata na odkrywanie tajemnic Wszechświata z korzyścią dla nas wszystkich. Projektujemy, budujemy i zarządzamy światowej klasy obserwatoriami naziemnymi – których astronomowie używają do odpowiadania na ciekawe pytania i szerzenia fascynacji astronomią – a także promujemy międzynarodową współpracę w astronomii. Ustanowione w 1962 roku jako organizacja międzynarodowa, ESO jest wspierane przez 16 krajów członkowskich (Austria, Belgia, Czechy, Dania, Finlandia, Francja, Hiszpania, Irlandia, Holandia, Niemcy, Polska, Portugalia, Szwajcaria, Szwecja, Wielka Brytania oraz Włochy), a także Chile jako kraj gospodarz, oraz Australię jako strategicznego partnera. Siedziba ESO, a także jego centrum popularyzacji nauki i planetarium (ESO Supernova) znajdują się w pobliżu Monachium w Niemczech, natomiast chilijska pustynia Atakama – niesamowite miejsce z wyjątkowymi warunkami do obserwacji nieba – jest domem dla naszych teleskopów. ESO zarządza trzema lokalizacjami obserwacyjnymi w Chile: La Silla, Paranal i Chajnantor. W Paranal ESO posiada teleskop VLT (Very Large Telescope – Bardzo Duży Teleskop) oraz dwa teleskopy do przeglądów nieba. VISTA pracuje w podczerwieni, VLT Survey Telescope w zakresie widzialnym. W Paranal ESO zarządza także południowym obserwatorium CTA (Cherenkov Telescope Array South) – największym na świecie i najbardziej czułym obserwatorium promieniowania gamma. Wspólnie z międzynarodowymi partnerami ESO zarządza także radioteleskopami APEX i ALMA, które są instrumentami do obserwacji nieba w zakresach milimetrowym i submilimetrowym. Na Cerro Armazones, niedaleko Paranal, budujemy „największe oko świata na niebo”, czyli Ekstremalnie Wielki Teleskop (Extremely Large Telescope, ELT). Nasza działalność w Chile jest zarządzania z biur ESO w Santiago, gdzie współpracujemy też z chilijskimi partnerami.

Linki

• Publikacja naukowa
• Zdjęcia ALMA
• Dla dziennikarzy: zasubskrybuj, aby otrzymywać nasze komunikaty w swoim języku (z embargo medialnym)
• Dla naukowców: jeśli masz ciekawy temat, zgłoś swoje badania

Kontakt

Ru-Sen Lu
Shanghai Astronomical Observatory, Chinese Academy of Sciences
Shanghai, People’s Republic of China
Tel.: +86-21-34776078
E-mail: rslu@shao.ac.cn

Keiichi Asada
Institute of Astronomy and Astrophysics, Academia Sinica
Taipei, Taiwan, ROC
Tel.: +886-2-2366-5410
E-mail: asada@asiaa.sinica.edu.tw

Thomas P. Krichbaum
Max-Planck-Institut für Radioastronomie
Bonn, Germany
Tel.: +49 228 525 292
E-mail: tkrichbaum@mpifr.de

Kazuhiro Hada
National Astronomical Observatory of Japan
Oshu, Japan
Tel.: +81-197-22-7129
E-mail: kazuhiro.hada@nao.ac.jp

Juan Carlos Muñoz Mateos
ESO Media Officer
Garching bei München, Germany
Tel.: +49 89 3200 6670
E-mail: press@eso.org

Krzysztof Czart (Kontakt dla mediów Polska)
Sieć Popularyzacji Nauki ESO oraz Urania - Postępy Astronomii
Toruń, Polska
Tel.: +48 513 733 282
E-mail: eson-poland@eso.org

Śledź ESO w mediach społecznościowych

Jest to tłumaczenie Komunikatu prasowego ESO eso2305