Pressemeddelelse

Det sorte hul i galaksen M87 afslører sine magnetfelter

24. marts 2021

Samarbejdsprojektet Event Horizon Telescope (EHT), som i 2019 gav os det første billede af et sort hul nogensinde, offentliggør idag et nyt billede af det tunge objekt i centrum af galaksen Messier 87 (M87) 55 millioner lysår borte. Nu ser vi det sorte hul i polariseret lys. Det er første gang, det er lykkes for astronomerne at måle polarisation så tæt ved kanten af et sort hul. Polarisation er tegn på magnetfelter, og de nye observationer giver forskerne nøglen til at forklare hvordan galaksen M87 er i stand til at udsende kraftige jets fra centralområdet.

 

"Nu ser vi det næste vigtige spor i vores søgen efter at forstå hvordan magnetfelter opfører sig omkring sorte huller, og hvordan aktivitet i denne meget kompakte del af rummet kan give energi til jets, som rækker langt udenfor selve galaksen," siger Monika Mościbrodzka, som er koordinator for EHT Polarimetry Working Group og Assistant Professor ved Radboud Universitetet i Nederlandene.

Den 10. april 2019 offentliggjorde forskerne det første billede af et sort hul, eller nærmere den lysring med et mørkt centralområde, som er skyggen af det sorte hul. Siden har forskerne i EHT-samarbejdet gravet dybere ned i de data om det supertunge objekt i hjertet af M87, som blev indsamlet i 2017. De har opdaget, at en væsentlig del af lyset omkring det sorte hul i M87 er polariseret.

"Det her resultat er en vigtig milepæl: det polariserede lys bærer med sig information, som gør det muligt for os bedre at forstå fysikken bag det billede, som vi så i april 2019," forklarer Iván Martí-Vidal, som også er koordinator i EHT Polarimetry Working Group og GenT Distinguished Researcher ved University of Valencia, Spanien. Han tilføjer: "det krævede flere års arbejde at nå frem til dette billede af det polariserede lys, fordi dataindsamlingen og -analysen kræver meget komplekse teknikker."

Lys bliver polariseret, når det passerer igennem visse filtre, som for eksempel linserne i polariserende solbriller, eller hvis det udsendes i varme områder i rummet, hvor der findes magnetfelter. På samme måde som de polariserende solbriller hjælper os til at se bedre, fordi de mindsker reflektioner og overstråling fra klare lyskilder, så kan astronomerne få et skarpere indtryk af området omkring det sorte hul ved at studerere, hvordan lyset fra det er polariseret. Studiet af polariseringen gør det muligt for astronomerne at kortlægge de magnetiske feltlinier tæt inde ved kanten af det sorte hul.

"De polariserede billeder, som vi her offentliggør, er vigtige for at forstå, hvordan magnetfeltet gør det muligt for det sorte hul at "æde" stof og udsende kraftige jets," siger medlem af EHT-gruppen Andrew Chael, som er NASA Hubble Fellow ved Princeton Center for Theoretical Science og Princeton Gravity Initiative i USA.

De klare jets af energi og stof, som stråler ud fra kernen af M87 , og som rækker mindst 5000 lysår væk fra centeret er denne galakses uforklarede og meget energirige egenskaber. Det meste af det stof, som befinder sig tæt ved randen af et sort hul falder ind i det. Imidlertid undslipper nogle af de omgivende partikler i sidste øjeblik lige før de bliver indfanget, og de slynges langt ud i rummet i form af disse jets.

Der er forskellige beregningsmodeller, som astronomerne har brugt til at beskrive og forstå denne proces, men endnu forstår man ikke præcist hvordan jets, som er større end selve galaksen, kan udsendes fra centralområdet - et område, som i størrelse er sammenligneligt med Solsystemet - eller præcis hvordan stof bærer sig ad med at falde ind i det sorte hul. Det nye billede af det sorte hul og dets skygge i polariseret lys, som er leveret af EHT, har det for første gang været muligt at kigge ind i området lige udenfor det sorte hul; netop hvor denne vekslevirkning imellem stof, som strømmer indad, og det, som slynges bort foregår.

Observationerne giver nye informationer om magnetfelternes struktur lige udenfor det sorte hul. Forskerholdet fandt frem til, at det kun er de teoretiske modeller, som indregner gasser påvirket af kraftige magnetfelter, som kan forklare det, som man ser ved begivenhedshorisonten.

"Vores observationer tyder på, at magnetfelterne ved kanten af det sorte hul er kraftigen nok til at skubbe tilbage på den varme gas, så den ikke så let falder indad. Det er kun den gas, som smutter igennem magnetfeltet, som kan spirallere videre ind imod begivenhedshorisonten," forklarer Jason Dexter, som er Assistant Professor ved University of Colorado Boulder i USA, og koordinator for EHTs teoretiske arbejdsgruppe.

Observationerne af hjertet af galaksen M87 har været muligt ved at sammenkoble otte teleskoper rundt omkring på Jorden. Iblandt dem er de to, som ESO er partnere i: Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) og Atacama Pathfinder EXperiment (APEX), begge baseret i det nordlige Chile. Sammenkoblingen gør det muligt at skabe EHT, som er et virtuelt teleskop af samme størrelse som hele Jordkloden. Den størrelse giver EHT en opløsningsevne, som svarer til at kunne måle længden af et kontokort på Månens overflade.

"Med ALMA og APEX så langt sydpå, som de befinder sig, havde vi mulighed for at forbedre billedkvaliteten ved at sprede EHT-netværket ud geografisk. Dermed fik europæiske forskere en central rolle i denne forskningsopgave," siger Francisca Kemper, European ALMA Programme Scientist ved ESO. "Med sine 66 antenner dominerer ALMA den overordnede signalindsamling i polariseret lys, og APEX har været afgørende for kalibreringen af billedet."

"Data fra ALMA var også afgørende for at vi kunne kalibrere, afbilde og fortolke EHT-observationerne. Det leverede meget snævre afgrænsninger til de teoretiske modeller, som forklarer, hvordan stoffet opfører sig tæt ved begivenhedshorisonten for det sorte hul," tilføjer Ciriaco Goddi, som forsker ved Radboud University og Leiden Observatoriet i Nederlandene, og som var leder af et ledsagende forskningsprojekt, som udelukkende brugte observationer fra ALMA.

Med sammensætningen for EHT blev forskerne i stand til direkte at observere skyggen af det sorte hul og ringen omkring det og inkludere det polariserede lys, som viser, at ringen er magnetiseret. Forskningsresultaterne publiceres idag af EHT-gruppen i to forskellige artikler i The Astrophysical Journal Letters. Arbejderne har involveret mere end 300 forskere fra flere organisationer og universiteter over hele Verden.

"EHT skrider hurtigt fremad. Der foretages teknologiske opgraderinger af netværket, og der tilføjes nye observatorier. Vi forventer, at fremtidige EHT-observationer vil give mere præcise beskrivelser af magnetfeltets struktur omkring det sorte hul, og at få mere at vide om de fysiske forhold for den varme gas i området," slutter medlem i EHT-samarbejdet Jongho Park, som er East Asian Core Observatories Association Fellow ved Academia Sinica Institute of Astronomy and Astrophysics i Taipei, Taiwan.

Noter

 

Begivenhedshorisonten er kort beskrevet "point of no return" for et sort hul, nemlig den afstand fra det sorte huls centrum, som en partikel skal have for uigenkaldeligt at falde ind i det sorte hul.

Greenland Telescope er et 12m radioteleskop, som oprindeligt var en prototype for ALMA-teleskoperne. Det befinder sig for tiden på Thule Air Base, og det er planen, at det skal transporteres op til Summit-stationen på indlandsisens højeste punkt i 3210m højde. Teleskopet drives i et samarbejde imellem forskellige institutioner på Taiwan og i USA. Flere danske institutioner arbejder på at blive en del af samarbejdet.

Mere information

 

Forskningsresultaterne her bliver offentliggjort i to artikler, som offentliggøres idag i The Astrophysical Journal Letters: "First M87 Event Horizon Telescope Results VII: Polarization of the Ring" og "First M87 Event Horizon Telescope Results VIII: Magnetic Field Structure Near The Event Horizon". Ledsagende forskningsarbejder præsenteres i en artikel med titlen "Polarimetric properties of Event Horizon Telescope targets from ALMA" af Goddi, Martí-Vidal, Messias, og EHT-sammenslutningen. Den publiceres senere i The Astrophysical Journal Letters.

EHT-samarbejdet omfatter mere end 300 forskere fra Afrika, Asien, Europa, Nord- og Sydamerika. Samarbejdet har til formål at skaffe de mest detaljerede billeder af sorte huller nogensinde ved hjælp af et virtuelt teleskop på størrelse med Jordkloden. Projektet støttes af store internationale investeringer, og EHT sammenkobler eksisterende teleskoper via nye systemer. Hermed skabes et helt nye instrument, som har den højeste vinkelopløsningsevne, som til nu har kunnet opnås.

De individuelle teleskoper, som deltager er: ALMA, APEX, the Institut de Radioastronomie Millimetrique (IRAM) 30-meter Telescope, the IRAM NOEMA Observatory, the James Clerk Maxwell Telescope (JCMT), the Large Millimeter Telescope (LMT), the Submillimeter Array (SMA), the Submillimeter Telescope (SMT), the South Pole Telescope (SPT), the Kitt Peak Telescope, and the Greenland Telescope (GLT).

EHT konsortiet består af 13 institutes: the Academia Sinica Institute of Astronomy and Astrophysics, the University of Arizona, the University of Chicago, the East Asian Observatory, Goethe-Universität Frankfurt, Institut de Radioastronomie Millimétrique, Large Millimeter Telescope, Max Planck Institute for Radio Astronomy, MIT Haystack Observatory, National Astronomical Observatory of Japan, Perimeter Institute for Theoretical Physics, Radboud University og the Smithsonian Astrophysical Observatory.  

ESO er den fremmeste fællesnationale astronomiorganisation i Europa, og verdens langt mest produktive jordbaserede astronomiske observatorium. 16 lande er med i ESO: Belgien, Danmark, Finland, Frankrig, Irland, Italien, Nederlandene, Polen, Portugal, Spanien, Sverige, Schweiz, Storbritannien, Tjekkiet, Tyskland og Østrig, og desuden værtsnationen Chile. Australien er med som strategisk partner. ESO har et ambitiøst program, som gør det muligt for astronomer at gøre vigtige videnskabelige opdagelser. Programmet har focus på design, konstruktion og drift af stærke jordbaserede observatorier. Desuden har ESO en ledende rolle i formidling og organisering af samarbejde omkring astronomisk forskning. ESO driver tre enestående observatorier i verdensklasse i Chile: La Silla, Paranal og Chajnantor. På Paranal driver ESO VLT, Very Large Telescope, som er verdens mest avancerede observatorium for synligt lys, samt to oversigtsteleskoper. VISTA, som observerer i infrarødt, er verdens største oversigtsteleskop, og VLT Survey Teleskopet er det største teleskop bygget til at overvåge himlen i synligt lys. På Paranalobservatoriet kommer ESO også til at være vært for Cherenkov Telescope Array South, som bliver Verdens største og mest følsomme gammastråleobservatorium. ESO er en af de største partnere i de to anlæg på Chajnantorhøjsletten,  APEX og ALMA, som er Verdens største eksisterende astronomiprojekt. For tiden bygges ELT, et 39 m optisk og nærinfrarødt teleskop på Cerro Armazones, tæt ved Paranal. Det bliver "verdens største himmeløje".

ALMA, Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, er et internationalt astronomisk observatorium, med ESO, US National Science Foundation (NSF) og National Institutes of Natural Sciences (NINS) i Japan i samarbejde med Chile. ALMAs finansieres af ESO (Det europæiske sydobservatorium), NSF i samarbejde med Canadas National Research Council og National Science Council i Taiwan, og af NINS i samarbejde med Academia Sinica i Taiwan og Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI).

Opbygning og drift af ALMA styres af ESO på vegne af medlemstaterne, af National Radio Observatory ved Associated Universities, Inc. på vegne af Nordamerika og af National Astronomical Observatory i Japan på vegne af Østasien. Organisationen Joint ALMA Observatory, JAO står for den fælles ledelse og styring af konstruktion og drift af ALMA.

The BlackHoleCam forskergruppen blev tildelt en bevilling på €14 millioner fra European Research Council Synergy Grant in 2013. Chefforskere (PI) er Heino Falcke, Luciano Rezzolla og Michael Kramer og partnerinstitutterne er JIVE, IRAM, MPE Garching, IRA/INAF Bologna, SKA and ESO. BlackHoleCam er en del af Event Horizon Telescope samarbejdet.

Links

 

• Forskningsartikler:
• Paper VII
• Paper VIII
• Goddi et al.
• EHT website
• Billeder fra ALMA
• Billeder af APEX 
• ESO EHT webpage
• ESO blog post om EHT projektet
• Er du forsker, og har du en god historie, så pitch den til os her

Kontakter

Monika Mościbrodzka
Radboud Universiteit
Nijmegen, The Netherlands
Tel: +31-24-36-52485
E-mail: m.moscibrodzka@astro.ru.nl

Ivan Martí Vidal
Universitat de València
Burjassot, València, Spain
Tel: +34 963 543 078
E-mail: i.marti-vidal@uv.es

Ciska Kemper
European Southern Observatory
Garching bei München, Germany
Tel: +49(0)89-3200-6447
E-mail: Francisca.Kemper@eso.org

Andrew Chael
Princeton University Center for Theoretical Science
Princeton, New Jersey, USA
E-mail: achael@princeton.edu

Jason Dexter
University of Colorado Boulder
Boulder, Colorado, USA
Tel: +1 303-492-7836
E-mail: jason.dexter@colorado.edu

Jongho Park
Academia Sinica, Institute of Astronomy and Astrophysics
Taipei
Tel: +886-2-2366-5462
E-mail: jpark@asiaa.sinica.edu.tw

Ciriaco Goddi
Radboud University and Leiden Observatory
Nijmegen and Leiden, The Netherlands
E-mail: c.goddi@astro.ru.nl

Sara Issaoun
EHT collaboration member at Radboud Universiteit
Nijmegen, The Netherlands
Tel: +31 (0)6 84526627
E-mail: s.issaoun@astro.ru.nl

Huib Jan van Langevelde
EHT Project Director, Joint Institute for VLBI ERIC
Dwingeloo, The Netherlands
Tel: +31-521-596515
Mobil: +31-62120 1419
E-mail: langevelde@jive.eu

Geoffrey C. Bower
EHT Project Scientist, Academia Sinica Institute of Astronomy and Astrophysics
Hilo, HI, USA
Mobil: +1 (510) 847-1722
E-mail: gbower@asiaa.sinica.edu.tw

Bárbara Ferreira
ESO Media Manager
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 3200 6670
Mobil: +49 151 241 664 00
E-mail: press@eso.org

Ole J. Knudsen (Pressekontakt Danmark)
ESOs formidlingsnetværk og Aarhus Space Centre, Aarhus Universitet
Aarhus, Danmark
Tel: +45 8715 5597
E-mail: eson-denmark@eso.org

Connect with ESO on social media

Dette er en oversættelse af ESO pressemeddelelse eso2105 lavet af ESON - et netværk af personer i ESOs medlemslande, der er kontaktpunkter for medierne i forbindelse med ESO nyheder, pressemeddelelser mm.