Komunikat prasowy

Astronomowie uzyskali obraz pól magnetycznych na obrzeżu czarnej dziury w M87

24 marca 2021

W ramach współpracy o nazwie Teleskop Horyzontu Zdarzeń (Event Horizon Telescope, EHT), która uzyskała pierwsze w historii zdjęcie czarnej dziury, zaprezentowano dzisiaj nowy widok masywnego obiektu w centrum galaktyki Messier 87 (M87): jak wygląda w świetle spolaryzowanym. Po raz pierwszy astronomom udało się zmierzyć polaryzację, która jest sygnaturą pól magnetycznych, tak blisko brzegu czarnej dziury. Obserwacje są kluczowe dla wyjaśnienia w jaki sposób oddalona od nas o 55 milionów lat świetlnych galaktyka M87 jest w stanie wystrzeliwać energetyczne dżety ze swojego jądra.

„Widzimy teraz następny kluczowy dowód pozwalający zrozumieć, jak pola magnetyczne zachowują się wokół czarnych dziur i jak aktywność w tym bardzo zwartym obszarze może napędzać dżety, które rozciągają się daleko poza galaktykę” mówi Monika Mościbrodzka z Radboud University w Holandii, koordynatorka Polarymetrycznej Grupy Roboczej EHT.

10 kwietnia 2019 roku naukowcy zaprezentowali pierwszy w historii obraz czarnej dziury, pokazujący jasną strukturę podobną do pierścienia z ciemnym centralnym obszarem — cieniem czarnej dziury. Od tamtej pory zespól EHT zagłębił się jeszcze dokładniej w dane na temat supermasywnego obiektu w sercu galaktyki M87 zebrane w 2017 roku. Odkryto, iż znacząca część światła wokół czarnej dziury w M87 jest spolaryzowana.

„Te badania to duży krok naprzód: polaryzacja światła niesie informacje, które pozwalają nam na lepsze zrozumienie fizyki stojącej za zdjęciem, które zobaczyliśmy w kwietniu 2019 roku, co nie było możliwe wcześniej” wyjaśnia Iván Martí-Vidal, który również koordynuje Polarymetryczną Grupą Roboczą EHT oraz ma stanowisko GenT Distinguished Researcher na Uniwersytecie w Walencji w Hiszpanii. Dodaje także, że “uzyskanie tego nowego obrazu w świetle spolaryzowanym wymagało lat pracy z powodu złożoności technik wykorzystywanych w uzyskiwaniu i analizie danych.”

Światło staje się spolaryzowane, gdy przechodzi przez specjalne filtry, takie jak soczewki polaryzacyjnych okularów przeciwsłonecznych, albo gdy jest emitowane w gorących obszarach kosmosu, gdzie występują pola magnetyczne. W ten sam sposób, w jaki polaryzacyjne okulary przeciwsłoneczne pomagają nam widzieć lepiej, redukując odbicia i poświatę od jasnych powierzchni, astronomowie mogą wyostrzyć swój widok obszaru wokół czarnej dziury, patrząc w jaki sposób pochodzące z niego światło jest spolaryzowane. W szczególności polaryzacja pozwala astronomom na wykonanie map linii pola magnetycznego istniejącego na obrzeżach czarnej dziury.

„Nowo opublikowane spolaryzowane obrazy są kluczowe dla zrozumienia, jak pole magnetyczne pozwala czarnej dziury ‘pożerać’ materię i wystrzeliwać potężne dżety’ mówi Andrew Chael biorący udział we współpracy EHT, NASA Hubble Fellow w Princeton Center for Theoretical Science oraz Princeton Gravity Initiative w USA.

Jasne dżety energii i materii, które wychodzą z jądra M87 i rozciągają się na co najmniej 5000 lat świetlnych od centrum, są jedną z najbardziej tajemniczych i energetycznych cech galaktyki. Większość materii znajdująca się blisko brzegu czarnej dziury opada na nią. Jednak część otaczających ją cząstek ucieka na chwilę przed pochwyceniem i są wyrzucane w przestrzeń kosmiczną w formie dżetów.

Astronomowie posługują się różnymi modelami tego, jak materia zachowuje się blisko czarnej dziury, aby lepiej zrozumieć ten proces. Ale nadal nie wiadomo dokładnie jak z centralne rejonu (porównywalnego rozmiarem z Układem Słonecznym) wystrzeliwane są dżety większe od galaktyki, ani jak dokładnie materia opada na czarną dziurę. Dzięki nowemu obrazowi czarnej dziury i jej cienia w świetle spolaryzowanym naukowcom udało się po raz pierwszy zajrzeć w obszar tuż obok czarnej dziury, gdzie występuje wzajemna zależność pomiędzy materią dopływającą, a wyrzucaną.

Obserwacje dostarczają nowych informacji na temat struktury pól magnetycznych tuż obok czarnej dziury. Zespół odkrył, że tylko modele teoretyczne z gazem pod wpływem silnych pól magnetycznych mogą wyjaśnić to co widać przy horyzoncie zdarzeń.

„Obserwacje sugerują, że pola magnetyczne na obrzeżach czarnej dziury jest wystarczająco silne do odepchnięcia gorącego gazu i wspomożenia go w opieraniu się przyciąganiu grawitacyjnemu. Jedynie gaz, który przepływa przez pole może po spirali kierować się do wnętrza horyzontu zdarzeń” wyjaśnia Jason Dexter z University of Colorado Boulder (USA), koordynator Teoretycznej Grupy Roboczej EHT.

Aby obserwować serce galaktyki M87, połączono osiem teleskopów na świecie – w tym pracującą w północnym Chile na pustyni Atakama sieć Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) oraz Atacama Pathfinder EXperiment (APEX), w których Europejskie Obserwatorium Południowe (ESO) jest partnerem – aby utworzyć wirtualny teleskop o rozmiarze Ziemi, nazwany EHT. Imponująca rozdzielczość uzyskana przez EHT odpowiada potrzebnej do zmierzenia długości karty kredytowej na powierzchni Księżyca.

„Dzięki ALMA i APEX, które poprzez swoją południową lokalizację polepszają jakość obrazu, dodając do sieci EHT rozproszenie geograficzne, naukowcy europejscy byli w stanie odegrać centralną rolę w tych badaniach” mówi Ciska Kemper, European ALMA Programme Scientist w ESO. „Z 66 antenami ALMA dominuje w łącznym zebranym sygnale w świetle spolaryzowanym, podczas gdy APEX był kluczowy dla obrazów kalibracyjnych.”

“Dane z ALMA były także kluczowe dla kalibracji, zobrazowania i interpretacji obserwacji, dostarczając wąskich ograniczeń na modele teoretyczne, które wyjaśniają, jak materia zachowuje się blisko horyzontu zdarzeń czarnej dziury” dodaje Ciriaco Goddi, naukowiec z Radboud University i Leiden Observatory w Holandii, który kierował towarzyszącymi badaniami opartymi wyłącznie o obserwacje ALMA.

Konfiguracja EHT pozwoliła zespołowi na bezpośrednie obserwacje cienia czarnej dziury i pierścienia światła wokół. Obraz w świetle spolaryzowanym wyraźnie pokazuje, że pierścień jest namagnetyzowany. Wyniki zostały opublikowane dzisiaj przez zespół EHT w dwóch osobnych artykułach w The Astrophysical Journal Letters. W badania zaangażowanych było ponad 300 naukowców z wielu organizacji i uniwersytetów na całym świecie.

„EHT czyni gwałtowne postępy, z technologicznymi modernizacjami dokonywanymi w ramach sieci i dodawanymi nowymi obserwatoriami. Spodziewamy się, że przyszłe obserwacje EHT pokażą bardziej dokładnie strukturę pola magnetycznego wokół czarnej dziury i powiedzą nam więcej o fizyce gorącego gazu w tym rejonie” podsumowuje Jongho Park, East Asian Core Observatories Association Fellow na Academia Sinica Institute of Astronomy and Astrophysics w Taipei, współpracownik projektu EHT.

Więcej informacji

Wyniki badań zaprezentowano w dwóch artykułach przygotowanych przez EHT, opublikowanych dzisiaj w The Astrophysical Journal Letters: "First M87 Event Horizon Telescope Results VII: Polarization of the Ring" (doi: 10.3847/2041-8213/abe71d) oraz "First M87 Event Horizon Telescope Results VIII: Magnetic Field Structure Near The Event Horizon" (doi: 10.3847/2041-8213/abe4de). Towarzyszące badania zaprezentowano w artykule "Polarimetric properties of Event Horizon Telescope targets from ALMA" (doi: 10.3847/2041-8213/abee6a) autorskwa: Goddi, Martí-Vidal, Messias, EHT collaboration, który został zaakceptowany do publikacji w The Astrophysical Journal Letters.

Współpraca EHT obejmuje ponad 300 badaczy z Afryki, Ameryki Północnej, Ameryki Południowej, Azji, Europy. Celem tej międzynarodowa współpracy jest uzyskanie najbardziej szczegółowych obrazów czarnej dziury poprzez utworzenie wirtualnego teleskopu o rozmiarze Ziemi. Projekt jest wspierany przez znaczne inwestycje międzynarodowe. EHT łączy istniejące teleskopy korzystając z nowatorskiego system – tworząc fundamentalnie nowy instrument z największa kątową zdolnością rozdzielczą kiedykolwiek osiągniętą.

Zaangażowane są następujące teleskopy: ALMA, APEX, Institut de Radioastronomie Millimetrique (IRAM) 30-meter Telescope, IRAM NOEMA Observatory, James Clerk Maxwell Telescope (JCMT), Large Millimeter Telescope (LMT), Submillimeter Array (SMA), Submillimeter Telescope (SMT), South Pole Telescope (SPT), Kitt Peak Telescope, oraz Greenland Telescope (GLT).

Konsorcjum EHT obejmuje 13 instytutów: Academia Sinica Institute of Astronomy and Astrophysics, University of Arizona, University of Chicago, East Asian Observatory, Goethe-Universitaet 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 oraz Smithsonian Astrophysical Observatory.  

ESO jest wiodącą międzyrządową organizacją astronomiczną w Europie i najbardziej produktywnym obserwatorium astronomicznym na świecie. Ma 16 krajów członkowskich: Austria, Belgia, Czechy, Dania, Finlandia, Francja, Hiszpania, Irlandia, Holandia, Niemcy, Polska, Portugalia, Szwajcaria, Szwecja, Wielka Brytania oraz Włochy, dodatkowo Chile jest kraje gospodarzem, a Australia (IA/FCUL) strategicznym partnerem. ESO prowadzi ambitne programy dotyczące projektowania, konstrukcji i użytkowania silnych naziemnych instrumentów obserwacyjnych, pozwalając astronomom na dokonywanie znaczących odkryć naukowych. ESO odgrywa wiodącą rolę w promowaniu i organizowaniu współpracy w badaniach astronomicznych. ESO zarządza trzema unikalnymi, światowej klasy obserwatoriami w Chile: La Silla, Paranal i Chajnantor. W Paranal ESO posiada teleskop VLT (Very Large Telescope - Bardzo Duży Teleskop), najbardziej zaawansowane na świecie astronomiczne obserwatorium w świetle widzialnym oraz dwa teleskopy do przeglądów. VISTA pracuje w podczerwieni i jest największym na świecie instrumentem do przeglądów nieba, natomiast VLT Survey Telescope to największy teleskop dedykowany przeglądom nieba wyłącznie w zakresie widzialnym. ESO jest głównym partnerem ALMA, największego istniejącego projektu astronomicznego. Z kolei na Cerro Armazones, niedaleko Paranal, ESO buduje 39-metrowy teleskop ELT (Extremely Large Telescope - Ekstremalnie Wielki Teleskop), który stanie się „największym okiem świata na niebo”.

Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) jest międzynarodowym kompleksem badawczym w ramach partnerstwa pomiędzy ESO, U.S. National Science Foundation (NSF) oraz National Institutes of Natural Sciences (NINS) of Japan, we współpracy z Chile. ALMA jest finansowana przez ESO w imieniu Krajów Członkowskich, przez NSF we współpracy z National Research Council of Canada (NRC) i National Science Council of Taiwan (NSC) oraz przez NINS we współpracy z Academia Sinica (AS) na Tajwanie i Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI). Budowa i zarządzanie ALMA są kierowane przez ESO w imieniu Krajów Członkowskich, przez National Radio Astronomy Observatory (NRAO), zarządzane przez Associated Universities, Inc. (AUI), w imieniu Ameryki Północnej oraz przez National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ) w imieniu Azji Wschodniej. Joint ALMA Observatory (JAO) umożliwia zunifikowane kierowanie i zarządzanie budową, testowaniem i działaniem ALMA.

Grupa badawcza BlackHoleCam otrzymała w 2013 roku grant Synergy od Europejskiej Rady ds. Badań Naukowych w wysokości 14 milionów euro. Kierownicy grupy badawczej: Heino Falcke, Luciano Rezzolla i Michael Kramer. Instytuty partnerskie: JIVE, IRAM, MPE Garching, IRA/INAF Bologna, SKA oraz ESO. BlackHoleCam jest częścią współpracy Teleskopu Horyzontu Zdarzeń (EHT)..

Linki

• Publikacje naukowe
  • Artykuł VII
  • Artykuł VIII
  • Goddi et al.
• Witryna EHT
• Zdjęcia ALMA
• Zdjęcia APEX 
• Witryna EHT w ESO
• Post na blogu ESO na temat projektu EHT
• Dla naukowców: masz ciekawy temat? Zgłoś swoje badania

Kontakt

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
Tel. kom.: +31-62120 1419
E-mail: langevelde@jive.eu

Geoffrey C. Bower
EHT Project Scientist, Academia Sinica Institute of Astronomy and Astrophysics
Hilo, HI, USA
Tel. kom.: +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
Tel. kom.: +49 151 241 664 00
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 eso2105