Lehdistötiedote

Tähtitieteilijät ovat kuvanneet M87:n mustan aukon reuna-alueiden magneettikenttiä

24. maaliskuuta 2021

Event Horizon Telescope (EHT)-yhteistyöverkosto, joka otti ensimmäisen mustan aukon kuvan, on tänään kertonut saaneensa aivan uuden näkymän tähän Messier 87 (M87)-galaksin keskipisteessä sijaitsevaan massiiviseen kohteeseen. He ovat pystyneet näkemään miltä kohde näyttää polarisoituneessa valossa. Tämä on ensimmäinen kerta, kun tähtitieteilijät ovat pystyneet mittaamaan tätä magneettikenttien sormenjälkeä, eli polarisaatiota, näin läheltä mustan aukon reunaa. Havainnot auttavat tutkijoita ymmärtämään, miten 55 miljoonan valovuoden päässä sijaitseva M87-galaksi muodostaa ytimestään lähtevät valtavat hyvin voimakkaat suihkut.

”Näemme nyt toisen merkittävän todisteen siitä, miten magneettikentät käyttäytyvät mustien aukkojen ympärillä ja miten aktiivisuus tällä erittäin kompaktilla avaruuden alueella pystyy synnyttämään kauas galaksin ulkopuolelle ulottuvia voimakkaita suihkuja”, EHT-polarimetria työryhmän koordinaattori Monika Mościbrodzka, joka toimii apulaisprofessorina Radboudin yliopistossa Alankomaissa, sanoi.

Tutkijat julkaisivat kaikkien aikojen ensimmäisen kuvan mustasta aukosta 10. huhtikuuta 2019. Kuva paljasti kirkkaan rengasmaisen rakenteen, jossa on tumma keskialue, jota kutsutaan mustan aukon varjoksi. Sen jälkeen EHT-yhteistyöverkosto on jatkanut vuonna 2017 kerätyn M87-galaksin ytimessä olevasta supermassiivisesta kohteesta kerätyn datan analysointia. He ovat havainneet, että merkittävä osa M87:n mustan aukon ympärillä olevasta valosta on polarisoitunutta.

”Tämän tutkimuksen tulokset ovat erittäin merkittäviä. Valon polarisaatio kantaa mukanaan informaatiota, jonka avulla voimme paremmin ymmärtää huhtikuussa 2019 näkemämme kuvan taustalla olevaa fysiikkaa, mikä ei aiemmin ollut mahdollista”, Iván Martí-Vidal kertoi. Hän on myös EHT-polarimetria työryhmän koordinaattori ja 'GENT Distinguished'-tutkija Valencian yliopistossa Espanjassa. Hän lisäsi, että ”tämän uuden polarisoituneen valon kuvan prosessoiminen vaati vuosien työn, koska datan keräämiseen ja analysointiin liittyy hyvin monimutkaisia tekniikoita”. 

Valo polarisoituu, kun se kulkee tiettyjen erityisten suotimien läpi, kuten polarisoitujen aurinkolasien linssien läpi. Valo voi myös polarisoitua, kun se saa alkunsa kuumista avaruuden alueista, joissa on magneettikenttiä. Samalla tavalla kuin polarisoidut aurinkolasit auttavat meitä näkemään paremmin vähentämällä heijastuksia ja häikäisyä kirkkailta pinnoilta, tähtitieteilijät voivat saada tarkempaa tietoa mustan aukon ympärillä olevasta alueesta tarkastelemalla, miten siitä peräisin oleva valo polarisoituu. Polarisaatio antaa tähtitieteilijöille mahdollisuuden tutkia erityisesti mustan aukon sisäreunassa olevan magneettikenttän ominaisuuksia.

”Juuri julkaistut polarisaatiokuvat ovat avainasemassa sen ymmärtämisessä, miten magneettikenttä syöttää ainetta mustaan aukkoon ja miten voimakkaat suihkut saavat alkunsa”, EHT-yhteistyöverkoston jäsen Andrew Chael, joka on Nasan Hubble Fellow 'Princeton Center for Theoretical Science and Princeton Gravity Initiative'-yksikössä Yhdysvalloissa, sanoi.

M87:n ytimestä lähtevät voimakkaat energian ja aineen suihkut ulottuvat ainakin 5000 valovuoden päähän sen keskustasta, ja ne ovat yksi galaksin salaperäisimmistä ja energisimmistä ominaisuuksista. Suurin osa mustan aukon reunan lähellä olevasta aineesta putoaa sen sisään. Osa ympäröivistä hiukkasista kuitenkin pakenee hetkeä ennen kaappautumistaan ja ne sinkoutuvat kauas avaruuteen suihkujen muodossa.

Tähtitieteilijät ovat rakentaneet erilaisia malleja siitä, miten aine käyttäytyy mustan aukon lähellä ymmärtääkseen paremmin siinä ilmeneviä prosesseja. Vielä ei kuitenkaan tiedetä tarkalleen, miten galaksia suuremmat suihkut saavat alkunsa sen keskialueelta, joka on kooltaan verrattavissa aurinkokuntaan. Myöskään ei tiedetä tarkkaan kuinka aine putoaa mustaan aukkoon. Uuden EHT:n ottaman mustan aukon kuvan ja varjon polarisoituneen valon mittausten avulla tähtitieteilijät onnistuivat ensimmäistä kertaa tutkimaan mustan aukon ulkopuolella sijaitsevaa aluetta, jossa tämä aineen virtaus sisään- ja ulospäin tapahtuu.

Havainnot antavat uutta tietoa magneettikenttien rakenteesta aivan mustan aukon ulkopuolella. Tutkimusryhmä havaitsi, että vain ne teoreettiset mallit, joissa on voimakkaasti magnetoitunutta kaasua, voivat selittää, mitä he näkevät tapahtumahorisontissa tapahtuvan.

”Havainnot viittaavat siihen, että mustan aukon reunalla olevat magneettikentät ovat riittävän voimakkaita, jotta ne pystyvät työntämään kuumaa kaasua ja siten ne pystyvät auttamaan painovoiman vastustamisessa. Vain kentän läpi virtaava kaasu voi kiertyä sisäänpäin ja kadota tapahtumahorisonttiin”, yhdysvaltalaisen Colorado Boulderin yliopiston apulaisprofessori ja EHT Theory Working Groupin koordinaattori Jason Dexter sanoi.

M87-galaksin ytimen havainnoissa yhteistyöverkosto käytti kahdeksaa kaukoputkea ympäri maailmaa. Havainnoissa mukana olivat Pohjois-Chilessä sijaitseva Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) ja Atacama Pathfinder EXperiment (APEX), joissa Euroopan eteläinen observatorio (ESO) on mukana yhteistyökumppanina. EHT kokonaisuus on virtuaalinen Maan kokoinen kaukoputki. Sen avulla aikaan saatu erotuskyky vastaa Kuun pinnalla olevan luottokortin pituuden mittaamiseen tarvittavaa tarkkuutta.

”ALMA:n ja APEXin kautta, jotka eteläisen sijaintinsa kautta parantavat kuvanlaatua lisäämällä maantieteellistä EHT-verkon kattavuutta, eurooppalaisilla tutkijoilla oli keskeinen rooli tutkimuksessa”, Francisca Kemper, ESO:n eurooppalainen ALMA-ohjelman tutkija, sanoi. ”ALMA hallitsee 66 antennillaan polarisoidun valon kokonaissignaalia, kun taas APEX on ollut merkittävässä roolissa kuvan kalibroinnissa.”

”ALMA:n keräämä data oli myös ratkaisevassa roolissa EHT-havaintojen kalibroinnissa, kuvan muodostuksessa ja tulkinnassa, minkä ansiosta pystyttiin tekemään tiukkoja rajoituksia teoreettisille malleille, jotka selittävät, miten aine käyttäytyy lähellä mustan aukon tapahtumahorisonttia”, Radboudin yliopiston ja Leidenin observatorion tutkija Ciriaco Goddi sanoi. Hän veti myös tässä julkaistuun tutkimukseen liittyvää tutkimusta, joka perustui pelkästään ALMA:n havaintoihin.

Tutkimusryhmä pystyi EHT:n avulla tekemään suoria havaintoja mustan aukon varjosta ja sen ympärillä olevasta valorenkaasta. Uusi polarisoituneen valon kuva osoittaa selvästi, että rengas on magnetoitunut. EHT-yhteistyöverkoston tekemät tutkimustulokset julkaistaan tänään kahdessa erillisessä artikkelissa 'Astrophysical Journal Letters'-lehdessä. Tutkimukseen osallistui yli 300 tutkijaa useista organisaatioista ja yliopistoista ympäri maailmaa.

”EHT kehittyy nopealla tahdilla, ja verkostoon tehdään teknologisia parannuksia ja siihen liitetään uusia observatorioita. Odotamme tulevien EHT-havaintojen paljastavan tarkemmin mustan aukon ympärillä olevan magneettikentän rakenteen ja kertovan meille lisää kuuman kaasun fysiikasta tällä alueella”, EHT-yhteistyöverkoston jäsen Jongho Park, 'East Asian Core Observatories Association Fellow' tähtitieteen ja astrofysiikan Academia Sinica instituutista Taipeista, sanoi.

Lisätietoa

Tämä tutkimus esiteltiin kahdessa EHT-yhteistyöverkoston tänään julkaisemassa artikkelissa "Astrophysical Journal Letters"-julkaisussa: "First M87 Event Horizon Telescope Results VII: Polarization of the Ring" ja "First M87 Event Horizon Telescope Results VIII: Magnetic Field Structure Near The Event Horizon". Tässä esiteltyyn tutkimukseen liittyvä erillinen tutkimus on esitelty artikkelissa "Polarimetric properties of Event Horizon Telescope targets from ALMA", jonka kirjoittajina ovat olleet Goddi, Martí-Vidal, Messias, sekä EHT-yhteistyöverkosto. Tämä on hyväksytty julkaistavaksi myös "Astrophysical Journal Letters"-lehdessä.

EHT-yhteistyöverkostoon kuuluu yli 300 tutkijaa Afrikasta, Aasiasta, Euroopasta, Pohjois- ja Etelä-Amerikasta. Kansainvälisen yhteistyön tarkoituksena on maailman tarkimpien kuvien saaminen mustista aukoista koko maapallon kokoista virtuaaliteleskooppia käyttäen. Merkittävän kansainvälisen yhteistyön avulla EHT yhdistää olemassaolevia teleskooppeja käyttämällä uusia järjestelmiä ja siten se muodostaa käytännössä uuden havaintolaitteen, minkä erotuskyky on suurempi kuin millään muulla laitteella.

Mukana olevat yksittäiset teleskoopit ovat: ALMA, APEX, IRAM 30-metrin teleskooppi, IRAM NOEMA observatorio, James Clerk Maxwell Telescope (JCMT), Large Millimeter Telescope (LMT), Submillimeter Array (SMA), Submillimeter Telescope (SMT), South Pole Telescope (SPT), Kitt Peak-teleskooppi ja Greenland Telescope (GLT).

EHT-konsortio koostuu 13:sta sidosryhmään kuuluvasta instituutista: 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 ja Smithsonian Astrophysical Observatory. 

ESO on Euroopan johtava hallitustenvälinen tähtitieteen organisaatio ja ylivoimaisesti maailman tieteellisesti tuotteliain tähtitieteellinen observatorio. ESO:lla on 16 jäsenmaata: Alankomaat, Belgia, Espanja, Iso-Britannia, Italia, Itävalta, Irlanti, Portugali, Puola, Ranska, Ruotsi, Saksa, Suomi, Sveitsi, Tanska ja Tšekin tasavalta, joiden lisäksi Chile toimii laitteistojen sijoitusmaana ja Australia strategisena kumppanina. ESO toteuttaa kunnianhimoista ohjelmaa, joka keskittyy tehokkaiden maanpäällisten havaintovälineiden suunnitteluun, rakentamiseen ja käyttöön. Välineiden avulla tähtitieteilijät voivat tehdä merkittäviä tieteellisiä löytöjä. ESO:lla on myös johtava asema tähtitieteen tutkimuksen kansainvälisen yhteistyön edistämisessä ja organisoinnissa. ESO:lla on Chilessä kolme ainutlaatuista huippuluokan observatoriota: La Silla, Paranal ja Chajnantor. ESO:lla on Paranalilla VLT-teleskooppi (Very Large Telescope) ja siihen liittyvä, maailmanlaajuisesti johtava VLTI-interferometri, sekä kaksi kartoitusteleskooppia. VISTA toimii infrapuna-alueella ja VST-teleskooppi näkyvän valon aallonpituuksilla. Paranalilla ESO tulee myös hallinnoimaan ja operoimaan eteläistä Tšerenkov-teleskooppien verkostoa (Cherenkov Telescope Array South), joka on maailman suurin ja herkin gammasäteilyä havainnoiva observatorio. ESO on myös merkittävä kumppani kahdessa Chajnantorin laitteistossa, APEX-teleskoopissa ja ALMA-teleskoopissa, joka on maailman suurin tähtitieteellinen projekti. Lähellä Paranalia sijaitsevalla Cerro Armazonesilla ESO rakentaa 39-metrin kokoista ELT-teleskooppia (Extremely Large Telescope), josta tulee “maailman suurin tähtitaivasta havainnoiva silmä”.

ALMA (Atacama Large Millimetre/submillimetre Array) on kansainvälinen tähtitieteen tutkimusyksikkö, joka on ESO:n, Yhdysvaltain kansallisen tiedesäätiön NSF:n ja Japanin kansallisten luonnontiedeinstituuttien NINS:n välinen kumppanuushanke yhteistyössä Chilen tasavallan kanssa. ALMA:a rahoittavat Euroopassa sen jäsenmaiden puolesta Euroopan eteläinen observatorio (ESO), Pohjois-Amerikassa (NSF) yhteistyössä Kanadan kansallisen tutkimusneuvoston (NRC) ja Taiwanin kansallisen tiedeneuvoston (NSC) kanssa sekä Itä-Aasiassa  yhteistyössä Taiwanin Academia Sinican (AS) ja Korean tähtitieteen ja avaruustieteiden instituutin (KASI) kanssa. ALMA:n rakentamista ja toimintaa ohjaa sen jäsenmaiden puolesta ESO, Pohjois-Amerikan osalta Kansallinen radiotähtitieteen observatorio (NRAO), jota hallinnoi Associated Universities, Inc. (AUI), ja Itä-Aasian osalta Japanin Kansallinen tähtitieteellinen observatorio (NAOJ). Yhteinen ALMA-observatorio (JAO) huolehtii ALMA:n rakentamisen, kokoonpanon ja operaation yhtenäisestä johdosta ja hallinnoinnista.

BlackHoleCam-tutkimusryhmälle myönnettiin Euroopan tutkimusneuvoston 14 miljoonan euron 'Synergy Grant' vuonna 2013. Hankkeen päätutkijat (Principal Investigators) ovat Heino Falcke, Luciano Rezzolla ja Michael Kramer. Kumppanuusinstituutteina ovat JIVE, IRAM, MPE Garching, IRA/INAF Bologna, SKA ja ESO. BlackHoleCam on osa 'Event Horizon Telescope'-yhteistyöverkostoa.

Linkit

• Tutkimusartikkelit
  • Artikkeli VII
  • Artikkeli VIII
  • Goddi et al.
• EHT verkkosivusto
• ALMA:n kuvia
• APEX:in kuvia 
• ESO:n EHT verkkosivu
• ESO blogin kirjoitus EHT-projektista
• Tutkija, onko sinulla kerrottavaa? Pitchaa oma tutkimuksesi!

Yhteystiedot

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Bárbara Ferreira
ESO Media Manager
Garching bei München, Germany
Puh.: +49 89 3200 6670
Matkapuhelin: +49 151 241 664 00
Sähköposti: press@eso.org

Pasi Nurmi (Lehdistön yhteyshenkilö Suomi)
ESO Science Outreach Network ja University of Turku
Turku, Finland
Puh.: +358 29 4504 358
Sähköposti: eson-finland@eso.org

Connect with ESO on social media