Pressmeddelande

Svart hål med jetstråle fångat på bild för första gången

26 april 2023, Skurup

För första gången har astronomer fångat ett svart hål och en energirik jetstråle som kastas ut från det på samma bild. Det svarta hålet är beläget i galaxen Messier 87 och observerades 2018 med teleskop i Global Millimetre VLBI Array (GMVA), Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), där ESO är en partner, och Greenland Telescope (GLT). Tack vare den nya bilden kan astronomerna förstå hur svarta hål kan skapa jetstrålar av detta slag.

I de flesta galaxers centrum finns ett supermassivt svart hål. Förutom att fånga in materia i sin närhet kan svarta hål också kasta ut materia, långt bort från den galax där de befinner sig. Att förstå hur denna process går till har länge varit en olöst fråga inom astronomin.

 

"Vi vet att jetstrålar kastas ut från området kring de svarta hålen" säger Ru-Sen Lu från Shanghais astronomiska observatorium i Kina. "Men vi vet fortfarande inte hur detta sker. För att förstå vad som händer behöver vi studera hur jetstrålen bildas, så nära det svarta hålet som möjligt."

 

Den nya bilden som publiceras i dag visar just detta för första gången: hur början på jetstrålen är sammankopplad med det material som kretsar kring det supermassiva svarta hålet. Detta sker i galaxen Messier 87 (M87) på 55 miljoner ljusårs avstånd, således i vår galaktiska närhet, som rymmer ett svart hål med en massa lika stor som 6,5 miljarder solar.

 

Tidigare observationer har visat både området nära det svarta hålet och jetstrålen, men detta är första gången man kan se båda objekten tillsammans. "Denna nya bild ger en komplett bild genom att den visar området kring det svarta hålet och jetstrålen samtidigt" tillägger Jae-Young Kim vid Max Planckinstitutet för radioastronomi i Tyskland.

 

Bilden togs med radioteleskopen i GMVA, ALMA och GLT som kopplades samman och bildade ett virtuellt teleskop lika stort som jorden. Ett sådant nätverk kan avslöja mycket små detaljer nära det svarta hålet i M87.

 

På den nya bilden ses strålen när den lämnar skuggan av det svarta hålet. När materia kretsar kring hålet värms det upp och sänder ut ljus. Det svarta hålet kröker och fångar in en del av detta ljus och bildar på så sätt en lysande ring kring hålet som kan ses från jorden. Det mörka området i ringens mitt är skuggan av det svarta hålet, som första gången avbildades med Event Horizon Telescope (EHT) 2017.

 

Både denna bild och den tidigare från EHT kombinerar data från flera radioteleskop, men den som släpps i dag visar strålning vid längre våglängder (3,5 mm) än de som observerades med EHT (1,3 mm). "Vid denna våglängd kan vi se hur jetstrålen lämnar den lysande ringen kring det supermassiva svarta hålet" säger Thomas Krichbaum vid Max Planckinstitutet för radioastronomi.

 

Den ring som observerades med GMVA-nätverket är ungefär 50 procent större än den på bilden från EHT. "För att förstå den fysikaliska orsaken till den större och tjockare ringen använde vi datormodeller för att testa olika scenarier" förklarar Keiichi Asada vid Academica Sinica i Taiwan. Simuleringarna indikerar att vi ser mer av det material som faller ner i det svarta hålet vid längre våglängder.

 

De nya observationerna av det svarta hålet i M87 utfördes 2018 med GMVA, som består av 14 radioteleskop i Europa och Nordamerika [1]. Två ytterligare anläggningar var kopplade till GMVA: Greenland Telescope och ALMA. Den senare består av 66 antenner i den chilenska Atacamaöknen och spelade en avgörande roll i observationerna. 

 

Datan som insamlades med teleskopen kombinerades med en teknik som kallas interferometri, som synkroniserar signalerna som infångats vid varje anläggning. Men för att avbilda formen på det astronomiska objektet är det viktigt att teleskopen är utspridda över hela jorden. Teleskopen i GMVA är orienterade huvudsakligen i öst-västlig riktning, varför ALMA på södra hemisfären var nödvändig för att skapa bilden av jetstrålen och det svarta hålets skugga på ett korrekt sätt. “Tack vare ALMA:s läge och känslighet kunde vi se det svarta hålets skugga och början av jetstrålen samtidigt” förklarar Lu.

 

I GMVA-nätverket ingår även det svenska 20-metersteleskopet vid Onsala rymdobservatorium söder om Göteborg. Jun Yang vid Onsala rymdobservatorium är en av fyra astronomer vid Chalmers tekniska högskola som har medverkat till den nya bilden. “Det svarta hålet i M87 var det första som över huvud taget avbildades med ett teleskop. Nu har vi en ny bild av detta hål och dess omgivning, erhållen vid en annan våglängd och med ett annat nätverk där vårt radioteleskop i Onsala ingår. Det är extremt spännande att få vara delaktig i ett globalt projekt som bryter ny mark på detta sätt” säger Yang.

 

Framtida observationer med detta teleskopnätverk kommer att avslöja mer om hur supermassiva svarta hål kan kasta ut energirika jetstrålar. “Vi planerar att observera området runt det svarta hålet i centrum av M87 vid olika radiovåglängder för att studera emissionen från jetstrålen ytterligare” säger Eduardo Ros från Max Planckinstitutet för radioastronomi. Samtidiga observationer av det slaget hade gjort det möjligt för forskarna av förstå de komplicerade processerna som sker nära det supermassiva svarta hålet. “De kommande åren blir spännande eftersom vi kommer att lära oss mer om vad som händer nära ett av universums mest mystiska områden” avslutar Ros.

Noter

[1] Det koreanska VLBI-nätverket är också en del av GMVA men deltog inte i de observationer som rapporteras här.

Mer information

Forskningsresultaten presenteras i artikeln “A ring-like accretion structure in M87 connecting its black hole and jet” (doi:10.1038/s41586-023-05843-w) som publiceras i tidskriften Nature.

 

Forskarlaget utgörs av 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).

 

Forskningsresultatet baseras på data insamlat med Global Millimeter VLBI Array (GMVA) som består av radioteleskop som drivs av Max-Planck-Institut für Radioastronomie (MPIfR), Institut de Radioastronomie Millimétrique (IRAM), Onsala Space Observatory (OSO), Metsähovi Radio Observatory (MRO), Yebes, Korean VLBI Network (KVN), Green Bank Telescope (GBT) och Very Long Baseline Array (VLBA).

 

Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) är en internationell astronomisk anläggning som drivs i partnerskap mellan ESO, National Science Foundation (NSF, USA) och National Institutes of Natural Sciences (NINS, Japan), tillsammans med Chile. ALMA finansieras av ESO genom dess medlemsstater, av NSF i samarbete med National Research Council of Canada (NRC) och National Science and Technology Council (NSTC) i Taiwan, och av NINS i samarbete med Academia Sinica (AS) i Taiwan och Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI). Konstruktionen och driften av ALMA leds av ESO för dess medlemsstater, av National Radio Astronomy Observatory (NRAO) genom Associated Universities, Inc. (AUI) för Nordamerika, och av National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ) för Östasien. Joint ALMA Observatory (JAO) står för övergripande ledning och organisation under konstruktionen, driftsättningen och driften av ALMA.

 

Uppgradering, ombyggnad och drift av Greenland Telescope leds av Academia Sinica, Institute of Astronomy and Astrophysics (ASIAA) och Smithsonian Astrophysical Observatory (SAO).

 

Europeiska sydobservatoriet (ESO) möjliggör för astronomer världen över att utforska universums mysterier. Vi designar, konstruerar och driver markbaserade observatorier av yppersta världsklass – som astronomer använder för att besvara spännande och utmanande frågor och för att sprida astronomisk kunskap – och driver internationella samarbeten inom astronomin. ESO startade som en mellanstatlig organisation 1962 och har i dag 16 medlemsländer (Belgien, Danmark, Finland, Frankrike, Irland, Italien, Nederländerna, Polen, Portugal, Schweiz, Spanien, Storbritannien, Sverige, Tjeckien, Tyskland och Österrike), tillsammans med Chile som värdland och Australien som en strategisk partner. ESO:s högkvarter och besökscenter med planetarium, ESO Supernova, ligger nära München i Tyskland, medan teleskopen är placerade i Atacamaöknen i Chile, en unik plats för astronomiska observationer. ESO driver tre observatorier i Chile: La Silla, Paranal och Chajnantor. Vid Paranal finns Very Large Telescope och Very Large Telescope Interferometer, liksom kartläggningsteleskop som VISTA. Vid Paranal kommer även ESO att placera och driva Cherenkov Telescope Array South, världens största och känsligaste gammastrålningsteleskop. Tillsammans med internationella partners driver ESO de två anläggningarna APEX och ALMA på Chajnantorplatån som observerar himlen i millimeter- och submillimetervåglängder. Vid Cerro Armazones, nära Paranal, bygger vi för närvarande ESO:s Extremely Large Telescope, ”världens största öga mot himlen”. Från kontoret i Santiago, Chile, stödjer vi verksamheten i landet och samverkar med det chilenska samhället och våra samarbetspartners.

Länkar

 

Kontakter

Johan Warell
Astronom och presskontakt för ESO i Sverige
Skurup, Sverige
Tel: 0706-494731
E-post: eson-sweden@eso.org

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

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

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

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

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

Connect with ESO on social media

Detta är den översatta versionen av ESO:s pressmeddelande eso2305 som har tagits fram inom ESON, ett nätverk av medarbetare i ESO:s medlemsländer. ESON-representanterna fungerar som lokala kontaktpersoner för media i samband med ESO:s pressmeddelanden och andra händelser. ESON:s kontaktperson i Sverige är Johan Warell.

Om pressmeddelandet

Pressmeddelande nr:eso2305sv
Namn:Messier 87
Typ:Local Universe : Galaxy : Component : Central Black Hole
Facility:Atacama Large Millimeter/submillimeter Array
Science data:2023Natur.616..686L

Bilder

Jetstrålen och skuggan av det svarta hålet i M87
Jetstrålen och skuggan av det svarta hålet i M87
Konstnärlig gestaltning av det svarta hålet i M87 och dess energirika jetstråle
Konstnärlig gestaltning av det svarta hålet i M87 och dess energirika jetstråle
Galaxen M87 fångad med ESO:s Very Large Telescope
Galaxen M87 fångad med ESO:s Very Large Telescope
Ett svart håls anatomi
Ett svart håls anatomi
Messier 87 i stjärnbilden Jungfrun
Messier 87 i stjärnbilden Jungfrun

Videor

Svart hål med jetstråle fångat på bild för första gången
Svart hål med jetstråle fångat på bild för första gången
Inzoomning mot det svarta hålet och jetstrålen i Messier 87
Inzoomning mot det svarta hålet och jetstrålen i Messier 87