Persbericht

Eerste directe opname van een zwart gat dat een krachtige jet uitstoot

26 april 2023

Voor het eerst hebben astronomen in één keer de schaduw van het zwarte gat in het sterrenstelsel Messier 87 (M87) en de krachtige jet die dit zwarte gat uitstoot waargenomen. De waarnemingen zijn in 2018 gedaan met telescopen van de Global Millimetre VLBI Array (GMVA), de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), waarvan ESO partner is, en de Greenland Telescope (GLT). Dankzij deze nieuwe foto kunnen astronomen beter begrijpen hoe zwarte gaten zulke energierijke jets kunnen ‘lanceren’.

De meeste sterrenstelsels hebben een superzwaar zwart gat in hun centrum. Hoewel zwarte gaten erom bekend staan dat ze materie uit hun directe omgeving opslokken, kunnen zij ook krachtige jets uitstoten die tot ver buiten de grenzen van hun sterrenstelsels reiken. Astronomen worstelen al geruime tijd met de vraag hoe zulke enorme jets kunnen ontstaan. ‘We weten dat jets dicht in de buurt van zwarte gaten ontstaan,’ zegt Ru-Sen Lu van de sterrenwacht van Shanghai (China). ‘Maar we begrijpen nog steeds niet precies hoe dit gebeurt. Om dit rechtstreeks te kunnen onderzoeken, moeten we de jet zo dicht mogelijk bij het zwarte gat waarnemen.’

De vandaag gepubliceerde foto laat voor het eerst zien hoe de basis van een jet verbonden is met de materie die rond een superzwaar zwart gat wervelt. Het onderwerp van de foto is het 55 miljoen lichtjaar verre sterrenstelsel M87, dat een zwart gat in zijn kern heeft dat 6,5 miljard keer zoveel massa heeft als de zon. Het gebied rond dit zwarte gat en diens jet waren eerder al afzonderlijk waargenomen, maar dit is voor het eerst dat ze samen tegelijk in beeld zijn gebracht. ‘Deze nieuwe foto maakt het plaatje compleet door de omgeving van het zwarte gat en de jet tegelijkertijd vast te leggen,’ aldus Jae-Young Kim van het Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Duitsland daaraan toe.

De foto is verkregen met GMVA, ALMA en de GLT, die samen een wereldwijd netwerk van radiotelescopen vormen en zo een radiotelescoop ter grootte van de aarde nabootsen. Zo’n groot netwerk kan zeer kleine details onderscheiden in het gebied rond het zwarte gat in het centrum van M87.

Op de foto is niet alleen de jet te zien die bij het zwarte gat ontstaat, maar ook de zogeheten schaduw van het zwarte gat. Materie die om een zwart gat cirkelt wordt heet en straalt licht uit. Het zwarte gat buigt dit licht af en vangt een deel ervan in, waardoor vanaf de aarde gezien een ringvormige structuur rond het zwarte gat ontstaat. Het donkere gebied binnen de ring is de schaduw van het zwarte gat, zoals die in 2017 voor het eerst in beeld werd gebracht met de Event Horizon Telescope (EHT). Net als de eerdere EHT-opname combineert de vandaag gepresenteerde foto gegevens van meerdere radiotelescopen die verspreid over de wereld staan opgesteld, maar dan op een langere golflengte: 3,5 millimeter in plaats van 1,3 mm. ‘Op deze golflengte kunnen we zien hoe de jet ontspringt aan de ring van emissie rond het centrale superzware zwarte gat,’ zegt Thomas Krichbaum van het Max-Planck-Institut für Radioastronomie. 

De ring die door het GMVA-netwerk is vastgelegd, is in vergelijking met de foto van de Event Horizon Telescope ongeveer de helft groter. ‘Om de fysische oorsprong van de grotere en dikkere ring te begrijpen, moesten we computersimulaties gebruiken om verschillende scenario’s te testen,’ legt Keiichi Asada van de Academia Sinica in Taiwan uit. De resultaten wijzen erop dat de nieuwe foto meer materiaal laat zien dat naar het zwarte gat toe valt dan wat met de EHT waarneembaar was.

Deze nieuwe waarnemingen van het zwarte gat in M87 werden in 2018 gedaan met de GMVA, die uit veertien radiotelescopen in Europa en Noord-Amerika bestaat [1]. Daarnaast werden nog twee andere faciliteiten aan de GMVA gekoppeld: de Greenland Telescope en ALMA, waarvan ESO partner is. ALMA bestaat uit 66 antennes in de Chileense Atacama-woestijn en speelde een sleutelrol bij deze waarnemingen. De gegevens die met al deze verspreid opgestelde telescopen zijn verzameld, werden vervolgens gecombineerd met behulp van zogeheten interferometrie – een techniek waarbij de signalen van alle deelnemende faciliteiten met elkaar worden gesynchroniseerd. Om de werkelijke vorm van een hemelobject goed vast te leggen, is het van belang dat de telescopen over de hele aarde zijn verspreid. Omdat de GMVA-telescopen vooral in de oost-west-richting staan opgesteld, speelde ALMA – die op het zuidelijk halfrond staat – bij het maken van deze foto van de jet en de schaduw van het zwarte gat een cruciale rol. ‘Dankzij de locatie en gevoeligheid van ALMA konden we de schaduw van het zwarte gat zichtbaar maken en tegelijkertijd dichter bij de bron van de jet komen,’ legt Lu uit.

Toekomstige waarnemingen met dit netwerk van telescopen zullen verder ontrafelen hoe superzware zwarte gaten krachtige jets kunnen uitstoten. ‘We zijn van plan het gebied rond het zwarte gat in het centrum van M87 op verschillende radiogolflengten te observeren, om het ontstaan van de jet nader te bestuderen,’ zegt Eduardo Ros van het Max-Planck-Institut für Radioastronomie. Zulke gelijktijdige waarnemingen zouden het team in staat stellen de ingewikkelde processen in de buurt van het superzware zwarte gat te ontrafelen. ‘De komende jaren worden spannend, omdat we dan meer te weten kunnen komen over wat er gebeurt in de buurt van een van de meest mysterieuze gebieden in het heelal,’ besluit Ros.

Noten

[1] Het Koreaanse VLBI-netwerk maakt inmiddels ook deel uit van de GMVA, maar heeft niet deelgenomen aan de hier gepresenteerde waarnemingen.

Meer informatie

De resultaten van dit onderzoek zijn te vinden in het artikel ‘A ring-like accretion structure in M87 connecting its black hole and jet’ dat in Natureverschijnt (doi: 10.1038/s41586-023-05843-w).

Het onderzoeksteam bestaat uit (Shanghai Astronomical Observatory, Volksrepubliek China [Shanghai]; Key Laboratory of Radio Astronomy, Volksrepubliek China [KLoRA]; Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Duitsland [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, Republiek 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, VS; Massachusetts Institute of Technology Haystack Observatory, VS [Haystack]; National Astronomical Observatory of Japan, Japan [NAOoJ]), Jae-Young Kim (Department of Astronomy and Atmospheric Sciences, Kyungpook National University, Republiek Korea; KAaSSI; MPIfR), Ivan Marti-Vidal (Departament d’Astronomia i Astrofísica, Universitat de València, Spanje; Observatori Astronòmic, Universitat de València, Spanje), Jose L. Gomez (Instituto de Astrofísica de Andalucía-CSIC, Spanje [IAA]), Tomohisa Kawashima (Institute for Cosmic Ray Research, University of Tokyo, Japan), Feng Yuan (Shanghai; Key Laboratory for Research in Galaxies and Cosmology, Chinese Academy of Sciences, Volksrepubliek China; School of Astronomy and Space Sciences, University of Chinese Academy of Sciences, Volksrepubliek China [SoAaSS]), Eduardo Ros (MPIfR), Walter Alef (MPIfR), Silke Britzen (MPIfR), Michael Bremer (Institut de Radioastronomie Millimétrique, Frankrijk [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, Italië; Istituto di Radio Astronomia, INAF, Bologna, Italië [INAF]), Marcello Giroletti (INAF), Paul T. P. Ho (IoAaA), Mareki Honma (Mizusawa; Hachinohe; Department of Astronomy, 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, Zweden [Chalmers]), Jun Liu (MPIfR), Alan P. Marscher (Institute for Astrophysical Research, Boston University, VS), 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, Spanje [Yebes]), R. Craig Walker (National Radio Astronomy Observatory, Socorro, VS), Hai Yang (Shanghai; SoAaSS), J. Anton Zensus (MPIfR), Juan Carlos Algaba (Department of Physics, Universiti Malaya, Maleisië), Alexander Allardi (University of Vermont, VS), Uwe Bach (MPIfR), Ryan Berthold (East Asian Observatory, VS [EAO]), Dan Bintley (EAO), Do-Young Byun (KAaSSI; University of Science and Technology, Daejeon, Republiek Korea), Carolina Casadio (Institute of Astrophysics, Heraklion, Griekenland; Department of Physics, University of Crete, Griekenland), 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, VS [IAAAS]), Ryan Chilson (IAAAS), Tim C. Chuter (EAO), John Conway (Chalmers), Geoffrey B. Crew (Haystack), Jessica T. Dempsey (EAO; ASTRON, Nederland [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 (Sterrewacht Leiden; National Radio Astronomy Observatory, Charlottesville, VS [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, VS), Dhanya G. Nair (Astronomy Department, Universidad de Concepción, Chili), Hiroaki Nishioka (IoAaA), Timothy J. Norton (Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian, VS [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, Duitsland), Nicolas Pradel (IoAaA), Philippe A. Raffin (IAAAS), Ramprasad Rao (CfA), Ignacio Ruiz (Institut de Radioastronomie Millimétrique, Granada, Spanje [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).

Voor dit onderzoek is gebruik gemaakt van gegevens die zijn verkregen met de Global Millimeter VLBI Array (GMVA), die bestaat uit telescopen van het Max-Planck-Institut für Radioastronomie (MPIfR), Institut de Radioastronomie Millimétrique (IRAM), Onsala Space Observatory (OSO), Metsähovi Radio Observatory (MRO), Yebes, het Korean VLBI Network (KVN), de Green Bank Telescope (GBT) en de Very Long Baseline Array (VLBA).

De Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), een internationale astronomische faciliteit, is een samenwerkingsverband van ESO, de Amerikaanse National Science Foundation (NSF) en de National Institutes of Natural Sciences (NINS) van Japan, in samenwerking met de Republiek Chili. ALMA wordt gefinancierd door ESO (namens haar lidstaten), door de NSF in samenwerking met de National Research Council of Canada (NRC) en de National Science and Technology Council (NSTC) in Taiwan, en door NINS in samenwerking met de Academia Sinica (AS) in Taiwan en het Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI). De bouw en het beheer van ALMA worden geleid door ESO (namens haar lidstaten); door het National Radio Astronomy Observatory (NRAO), dat namens Noord-Amerika wordt bestuurd door de Associated Universities, Inc. (AUI), en namens Oost-Azië door het National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ). De overkoepelende leiding en het toezicht op bouw, ingebruikname en beheer van ALMA is in handen van het Joint ALMA Observatory (JAO).

De aanpassing, verbouwing en beheer van de Greenland Telescope (GLT) worden geleid door de Academia Sinica, Institute of Astronomy and Astrophysics (ASIAA) en het Smithsonian Astrophysical Observatory (SAO).

De Europese Zuidelijke Sterrenwacht (ESO) stelt wetenschappers van over de hele wereld in staat om de geheimen van het heelal te ontdekken, ten bate van iedereen. Wij ontwerpen, bouwen en exploiteren observatoria van wereldklasse die door astronomen worden gebruikt om spannende vragen te beantwoorden en de fascinatie voor astronomie te verspreiden, en bevorderen internationale samenwerking op het gebied van de astronomie. ESO, in 1962 opgericht als intergouvernementele organisatie, wordt inmiddels gedragen door 16 lidstaten (België, Denemarken, Duitsland, Finland, Frankrijk, Ierland, Italië, Nederland, Oostenrijk, Polen, Portugal, Spanje, Tsjechië, het Verenigd Koninkrijk, Zweden en Zwitserland) en door het gastland Chili, met Australië als strategische partner. Het hoofdkwartier van de ESO en haar bezoekerscentrum en planetarium, de ESO Supernova, zijn gevestigd nabij München in Duitsland, maar onze telescopen staan opgesteld in de Chileense Atacama-woestijn – een prachtige plek met unieke omstandigheden voor het doen van hemelwaarnemingen. ESO exploiteert drie waarnemingslocaties: La Silla, Paranal en Chajnantor. Op Paranal staan ESO’s  Very Large Telescope en Very Large Telescope Interferometer, evenals surveytelescopen zoals VISTA. Ook zal ESO op Paranal de Cherenkov Telescope Array South huisvesten en exploiteren – ’s werelds grootste en gevoeligste observatorium van gammastraling. Samen met internationale partners beheert ESO APEX en ALMA op Chajnantor, twee faciliteiten die de hemel waarnemen in het millimeter- en submillimetergebied. Op Cerro Armazones, nabij Paranal, bouwen wij ‘het grootste oog ter wereld’  – ESO’s Extremely Large Telescope. Vanuit onze kantoren in Santiago, Chili, ondersteunen wij onze activiteiten in het gastland en werken wij samen met Chileense partners en de Chileense samenleving. 

Links

•          Onderzoeksartikel

•          Foto’s van ALMA

•          Voor journalisten: abonneer je op persberichten in je eigen taal

•          Voor wetenschappers: heb je een verhaal? Promoot je onderzoek!

Contact

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

Rodrigo Alvarez (press contact België)
ESO Science Outreach Network en Planetarium, Royal Observatory of Belgium
Tel: +32-2-474 70 50
E-mail: eson-belgië@eso.org

Connect with ESO on social media

Dit is een vertaling van ESO-persbericht eso2305.