Komunikat prasowy

Astronomowie znaleźli silne spiralne pola magnetyczne na obrzeżach centralnej czarnej dziury Drogi Mlecznej

27 marca 2024

Nowy obraz z projektu Teleskopu Horyzontu Zdarzeń (ang. Event Horizon Telescope, w skrócie EHT) odkrył silne i zorganizowane pola magnetyczne biegnące po spiralach od brzegu supermasywnej czarnej dziury Sagittarius A* (Sgr A*). Po raz pierwszy zobaczono je w świetle spolaryzowanym. Nowy widok na „potwora” czającego się w sercu Drogi Mlecznej ukazał strukturę pola magnetycznego zaskakująco podobną do tej wokół czarnej dziury w centrum galaktyki M87. Sugeruje to, że silne pola magnetyczne mogą być powszechne u wszystkich czarnych dziur. To podobieństwo wskazuje także na ukryty dżet w Sgr A*. Wyniki badań opublikowano dzisiaj w “The Astrophysical Journal Letters”.

W 2022 roku naukowcy pokazali pierwsze obrazy Sgr A* podczas konferencji prasowych na całym świecie, w tym w Europejskim Obserwatorium Południowym (ESO). O ile supermasywna czarna dziura Drogi Mlecznej, odległa o prawie 27 000 lat świetlnych od Ziemi, jest ponad tysiąc razy mniejsza i mniej masywna niż w przypadku M87 (pierwszej w historii czarnej dziury, dla której uzyskano obraz), obserwacje pokazały, że obie wyglądają bardzo podobnie. Spowodowało to, że naukowcy zaczęli się zastanawiać czy poza wyglądem obiekty te posiadają też inne wspólne cechy. Aby się tego dowiedzieć, zespół naukowców postanowił zbadać Sgr A* w świetle spolaryzowanym. Poprzednie badania światła wokół czarnej dziury M87 (oznaczanej jako M87*) ujawniły, że pola magnetyczne wokół niej pozwoliły czarnej dziurze wystrzelić potężne dżety materii z powrotem w otaczające je środowisko. Opierając się na tej pracy, nowe obrazy ukazały, że to samo może być prawdą dla Sgr A*.

„To co widzimy teraz, to silne, zakręcone i zorganizowane pola magnetyczne blisko czarnej dziury w centrum Drogi Mlecznej” mówi Sara Issaoun, NASA Hubble Fellowship Program Einstein Fellow w Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian, USA, współkierująca projektem. „Patrząc na Sgr A*, mającą uderzająco podobną strukturę polaryzacji do znacznie większej i potężniejszej czarnej dziury M87*, dowiedzieliśmy się, że silne i uporządkowane pola magnetyczne są krytyczne do tego, jak czarne dziury oddziałują z gazem i materią wokół siebie.”

Światło to oscylująca (lub poruszająca się) fala eletromagnetyczna, która pozwala nam widzieć obiekty. Czasami światło oscyluje w jakimś preferowanym kierunku, co nazywane jest „polaryzacją”. Chociaż światło spolaryzowane otacza nas, dla ludzkiego oka jest nierozróżnialne od „zwykłego” światła. W plazmie wokół tych czarnych dziur, cząstki wirujące wokół linii pola magnetycznego nadają wzór polaryzacji prostopadły do pola magnetycznego. Pozwala to astronomom na zobaczenie z coraz większą szczegółowością, co dzieje się w obszarach czarnych dziur i wykonanie map linii pola magnetycznego.

„Uzyskując obrazy światła spolaryzowanego od gorącego gazu w pobliżu czarnej dziury, możemy bezpośrednio wnioskować o strukturze i sile pola magnetycznego, które napędza przepływ gazu i materii, którymi czarna dziura się odżywia, i które wyrzuca.” mówi Angelo Ricarte, Harvard Black Hole Initiative Fellow, współkierujący projektem. „Światło spolaryzowane uczy nas dużo więcej o astrofizyce, własnościach gazu i mechanizmach, które zachodzą, gdy czarna dziura się odżywia.”

Uzyskiwanie obrazów czarnych dziur w świetle spolaryzowanym nie jest tak proste, jak nałożenie okularów polaryzacyjnych. To stwierdzenie jest szczególnie prawdziwe dla Sgr A*, która zmienia się tak szybko, że nie pozuje nieruchomo do zdjęć. Obrazowanie supermasywnej czarnej dziury wymaga wyrafinowanych narzędzi, wykraczających poza te używane wcześniej do zbadania M87*, która jest znacznie stabilniejszym celem. Naukowiec projektu EHT, Geoffrey Bower z Institute of Astronomy and Astrophysics, Academia Sinica, Taipei, powiedział, “Ponieważ Sgr A* porusza się, gdy próbujemy uzyskać jej zdjęcie, trudno było skonstruować nawet niespolaryzowany obraz”, dodając, że pierwszy obraz był uśrednieniem wielu obrazów ze względu na ruch Sgr A*. „Odczuliśmy ulgę, że obrazowanie spolaryzowane jest w ogóle możliwe. Niektóre modele były zbyt pomieszane i turbulentne, aby skonstruować obraz spolaryzowany, ale natura nie była tak okrutna.”

Mariafelicia De Laurentis, EHT Deputy Project Scientist, profesor na University of Naples Federico II, Włochy, powiedziała, “Mając próbkę dwóch czarnych dziur – o bardzo różnych masach i w bardzo różnych galaktykach macierzystych – ważne jest, aby ustalić w czym są one zgodne, a w czym nie. Ponieważ obie kierują w naszą stronę silne pola magnetyczne, sugeruje to, że może to być uniwersalna, a być może fundamentalna cecha tego rodzaju systemów. Jednym z podobieństw pomiędzy obydwiema czarnymi dziurami może być dżet, ale o ile zobrazowaliśmy bardzo oczywisty dzet w M87*, nie znaleźliśmy takowego w Sgr A*.”

Aby obserwować Sgr A*, projekt połączył osiem teleskopów na całym świecie, aby utworzyć wirtualny teleskop o wielkości Ziemi, nazwany EHT. Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), w której ESO jest partnerem oraz zarządzany przez ESO teleskop Atacama Pathfinder Experiment (APEX), oba w północnym Chile, był częścią sieci, która dokonała obserwacji w 2017 roku. 

„Jako największy i najpotężniejszy z teleskopów w EHT, ALMA odegrała kluczową rolę w umożliwieniu uzyskania obrazu” mówi María Díaz Trigo z ESO, European ALMA Programme Scientist. „ALMA planuje teraz ekstremalną metamorfozę, modernizację Wideband Sensitivity Upgrade, która uczyni ją jeszcze bardziej czułą i utrzyma pozycję kluczowego gracza w przyszłych obserwacjach Sgr A* i innych czarnych dziur."

EHT przeprowadził kilka obserwacji od 2017 roku i ma obserwować Sgr A* ponownie w kwietniu 2024 roku. Z każdym rokiem obrazy są coraz lepsze, gdyż EHT przyjmuje nowe teleskopy, szersze pasmo i nowe częstotliwości obserwacji. Rozszerzenia planowane na kolejną dekadę pozwolą na nagrywanie filmów Sgr A* w wysokiej jakości. Może to ujawnić ukryty dżet i pozwolić astronomom na obserwacje podobnych cech polaryzacji w innych czarnych dziurach. Tymczasem, rozszerzenie EHT w przestrzeń kosmiczną dostarczy ostrzejszych obrazów czarnych dziur niż kiedykolwiek wcześniej.

Więcej informacji

Wyniki badań zaprezentowano w dwóch artykułach autorskwa projektu EHT, opublikowanych dzisiaj w The Astrophysical Journal Letters: "First Sagittarius A* Event Horizon Telescope Results. VII. Polarization of the Ring" (doi:10.3847/2041-8213/ad2df0) and "First Sagittarius A* Event Horizon Telescope Results. VIII.: Physical interpretation of the polarized ring" (doi:10.3847/2041-8213/ad2df1). 

Projekt EHT skupia ponad 300 naukowców z Afryki, Azji, Europy, Ameryki Północnej i Południowej. Ta międzynarodowa współpraca działa w celu uzyskania najbardziej szczegółowych w historii obrazów czarnej dziury, poprzez utworzenie wirtualnego teleskopu o rozmiarach Ziemi. Wspierana jest przez znacznie międzynarodowe inwestycje. EHT łączy istniejące teleskopy przy pomocy nowatorskich systemów – tworząc fundamentalnie nowy instrument, z największą zdolnością rozdzielczą, jaka była kiedykolwiek osiągnięta.

Indywidualne teleskopy zaangażowane w EHT w kwietniu 2017 roku, gdy przeprowadzono obserwacje: Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), Atacama Pathfinder EXperiment (APEX), Institut de Radioastronomie Millimetrique (IRAM) 30-meter Telescope, James Clerk Maxwell Telescope (JCMT), Large Millimeter Telescope Alfonso Serrano (LMT), Submillimeter Array (SMA), UArizona Submillimeter Telescope (SMT), South Pole Telescope (SPT). Od tamtej pory do sieci EHT dodano Greenland Telescope (GLT), IRAM NOrthern Extended Millimeter Array (NOEMA) oraz UArizona 12-meter Telescope na Kitt Peak.

The EHT consortium consists of 13 stakeholder institutes: the Academia Sinica Institute of Astronomy and Astrophysics, the University of Arizona, the University of Chicago, the 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 and the Smithsonian Astrophysical Observatory. 

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. 

Linki

• Zdjęcia ALMA
• Zdjęcia APEX
• Witryna ESO EHT Milky Way (skupiająca się na poprzednich wynikach dotyczących Sgr A*)
• Dla dziennikarzy:zasubskrybuj, aby otrzymywać w swoim języku nasze komunikaty prasowe z embargo medialnym
• Dla naukowców: jesli masz ciekawy temat, zgłoś swoje badania

Kontakt

Sara Issaoun
Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian
USA
E-mail: sara.issaoun@cfa.harvard.edu

Angelo Ricarte
Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian
USA
E-mail: angelo.ricarte@cfa.harvard.edu

Geoffrey Bower
EHT Project Scientist
Institute of Astronomy and Astrophysics, Academic Sinica, Taiwan
E-mail: gbower@asiaa.sinica.edu.tw

Mariafelicia De Laurentis
EHT Deputy Project Scientist, University of Naples Federico II
Italy
E-mail: mariafelicia.delaurentis@unina.it

María Diaz Trigo
ALMA Programme Scientist, European Southern Observatory
Garching bei München, Germany
E-mail: mdiaztri@eso.org

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