eso2105hu — Tudományos közlemények

Csillagászok képet alkottak az M87-beli fekete lyukat körülvevő mágneses mezőről

2021. március 24.

Az Eseményhorizont Távcső (Event Horizon Telescope, EHT) kollaboráció, amely az első képet alkotta egy fekete lyukról, ma a Messier 87 (M87) galaxis közepén lévő nagy tömegű objektum egy új képét vetítette elénk: hogyan néz ki polarizált fényben. Ez az első alkalom, hogy csillagászok ilyen közel egy fekete lyuk széléhez polarizációt, a mágneses terek egyik jelét tudták kimérni. A megfigyelések kulcsfontosságúak ahhoz, hogy megmagyarázzuk, hogyan képes az M87 jelű galaxis nagy energiájú anyagkilövelléseket (jeteket) kilőni a magjából.

Már látjuk a következő bizonyítékot, hogy megértsük, hogyan viselkednek a fekete lyukak körüli mágneses terek, és ennek a nagyon kompakt térrésznek az aktivitása hogyan működtet erőteljes jeteket, amelyek túlnyúlnak a galaxison” — mondta Monika Mościbrodzka, az EHT Polarimetriai Munkacsoportjának koordinátora, a hollandiai Radboud Egyetem adjunktusa.

2019. április 10-én a tudósok bemutatták a legelső képet egy fekete lyukról, felfedve egy fényes gyűrű alakú struktúrát egy központi sötét régióval — a fekete lyuk árnyékát. Azóta az EHT kollaboráció jobban elmélyedt az M87 galaxis szívében lévő, nagyon nagy tömegű objektum 2017-ben gyűjtött adataiban. Felfedezték, hogy az M87 fekete lyuka körüli fény jelentős része polarizált.

Ez a munka jelentős mérföldkő: a fény polarizációja olyan információt hordoz, amelynek segítségével jobban megértjük a 2019 áprilisában látott kép mögötti fizikát, és ez előtte nem volt lehetséges” — magyarázza Iván Martí-Vidal, szintén az EHT Polarimetriai Munkacsoportjának koordinátora és a spanyolországi Valenciai Egyetem kutatója. Hozzáteszi: „ennek a polarizált fényben készített képnek a megalkotásához évek munkája volt szükséges, az adatok megszerzésének és analizálásának komplex technikája miatt”.

A fény akkor válik polarizálttá, amikor bizonyos szűrőkön halad keresztül, például polarizált napszemüvegek lencséin, vagy amikor az űr forró régióiból sugárzódik ki, ahol mágneses mező van jelen. Ahogyan a polarizált napszemüvegek csökkentik a fényes felületek tükröződését és csillogását, hogy jobban lássunk, úgy a csillagászok is élesíteni tudják a fekete lyuk körüli régió látványát, azáltal, hogy az onnan érkező fény polarizált. A polarizációval a csillagászok fel tudják térképezni a fekete lyuk pereménél lévő mágneses erővonalakat.

Ezek az újonnan publikált polarizált képek kulcsfontosságúak, hogy megértsük, hogyan engedik meg a fekete lyuknak a mágneses terek, hogy anyagot 'egyen' és erőteljes jeteket indítson el”, mondta Andrew Chael, az EHT kollaboráció tagja, a NASA Hubble-ösztöndíjának nyertese, a Princeton Center for Theoretical Science és a Princeton Gravity Initiative tudományos munkatársa.

Az energiából és anyagból álló fényes jetek, amelyek az M87 magjából származnak, és a központjától legalább 5000 fényévnyire kinyúlnak, a galaxisok egyik legrejtélyesebb és legenergikusabb jelenségei. A legtöbb anyag ilyen közel kerülve a fekete lyuk széléhez behullik. Azonban a környező részecskék egy része pillanatokkal a behullás előtt megszökik, és jetek formájában kifújódik a távoli űrbe.

Hogy megértsék, hogy viselkedik az anyag a fekete lyuk közelében, a csillagászok különböző modellekre támaszkodnak. De még mindig nem tudják pontosan, hogy a galaxisoknál is kiterjedtebb jetek hogyan bocsátódnak ki egy nagyságrendileg Naprendszer-méretű központi régióból, vagy hogy az anyag pontosan hogyan hullik be a fekete lyukba. Az EHT új, a fekete lyukról és annak az árnyékáról polarizált fényben készült képével a csillagászoknak először sikerült közvetlenül a fekete lyukon kívüli régiót megfigyelni, ahol az anyag áramlásának és kibocsátásának kölcsönhatása zajlik.

A megfigyelések új információt szolgáltatnak a fekete lyukon közvetlen kívül található mágneses terek struktúrájáról. A csapat azt találta, hogy csak azok a modellek tudják megmagyarázni az eseményhorizontnál látottakat, amelyek erősen mágnesezett gázt tartalmaznak.

A megfigyelések azt sugallják, hogy a fekete lyuk szélén lévő mágneses terek elég erősek, hogy a forró gázt visszanyomják, és segítsenek ellenállni a gravitációs húzóerőnek” — magyarázza Jason Dexter, a Colorado Boulder Egyetem adjunktusa és az EHT Elméleti Munkacsoportjának koordinátora.

Hogy megfigyeljék az M87 galaxis szívét, a kollaboráció nyolc távcsövet kapcsolt össze szerte a világon — beleértve az észak-chilei Atacama Large Millimeter/submillimeter Array-t (ALMA) és a Atacama Pathfinder EXperiment-et (APEX), amelyek esetében az Európai Déli Obszervatórium (European Southern Observatory, ESO) partnerszervezet — hogy egy virtuális Föld-méretű távcsövet, az EHT-t létrehozzák. Ez a lenyűgöző felbontás elegendő egy bankkártya hosszának megméréséhez a Hold felszínén.

Az ALMA-val és az APEX-szel, amelyek déli elhelyezkedésüknek köszönhetően megnövelik az EHT hálózat földrajzi kiterjedését, ezáltal a képminőséget, az európai tudósok központi szerepet játszottak a kutatásban” — mondta Francisca Kemper, az európai ALMA Program tudósa. „66 távcsövével az ALMA dominálj az átfogó jelgyűjtést a polarizált fényben, míg az APEX a kép kalibrációjánál volt létfontosságú”.

„Az ALMA-adatok fontosak voltak az EHT megfigyeléseinek kalibrálásában, képalkotásában és értelmezésében, hogy leszűkítsék azokat az elméleti modelleket, amelyek magyarázni tudják, hogy az anyag hogyan viselkedik a fekete lyuk eseményhorizontjának közelében" — tette hozzá Ciriaco Goddi, a hollandiai Radboud Egyetem és a Leideni Obszervatórium kutatója, aki egy kísérő kutatást vezetett, amely csakis az ALMA-adatokra hagyatkozott.

Az EHT segítségével a csapat közvetlenül meg tudta figyelni a fekete lyuk árnyékát és a körülötte lévő fénygyűrűt, a polarizált fényben alkotott új képek pedig tisztán mutatják, hogy a gyűrű mágnesezett. Az eredményeket a mai napon az EHT kollaboráció két külön publikációban, a The Astrophysical Journal Letters folyóiratban jelentette meg. A kutatásban világszerte több szervezet és egyetem több mint 300 kutatója vett részt.

„Az EHT a hálózat technológiai korszerűsítéseivel nagyon gyorsan fejlődik, és új obszervatóriumokkal bővül. A jövőbeli EHT megfigyelésektől azt várjuk, hogy pontosabban megmutatják a fekete lyuk körüli mágneses tér struktúráját, és többet árulnak el az ebben a régióban található forró gáz fizikájáról” — foglalta össze Jongho Park, a tajvani Academia Sinica Csillagászati és Asztrofizikai Intézet munkatársa.

További információ

Ez a kutatás két publikációban jelent meg a The Astrophysical Journal Letters folyóiratban: "First M87 Event Horizon Telescope Results VII: Polarization of the Ring" és "First M87 Event Horizon Telescope Results VIII: Magnetic Field Structure Near The Event Horizon" címekkel. Kísérő kutatás jelent meg Goddi, Martí-Vidal, Messias és az EHT kollaboráció vezetésével "Polarimetric properties of Event Horizon Telescope targets from ALMA" címmel, amelyet elfogadtak közlésre a The Astrophysical Journal Letters folyóiratban.

Az EHT projektben több mint 300 kutató vesz részt Afrikából, Ázsiából, Európából, Észak- és Dél-Amerikából. A nemzetközi kollaboráció azon dolgozik, hogy egy Föld-méretű virtuális távcsővel a legrészletesebb képeket alkossanak fekete lyukakról. Figyelemre méltó nemzetközi beruházásokkal támogatva, az EHT már működő távcsöveket kapcsol össze újszerű megoldásokkal, alapvetően új eszközt létrehozva így, amelynek szögfelbontása jóval meghaladja az eddig elérhetőt.

A munkába bevont egyedi távcsövek: 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, Greenland Telescope (GLT).

Az EHT kollaboráció 13 tagja: Academia Sinica Institute of Astronomy and Astrophysics, University of Arizona, University of Chicago, East Asian Observatory, Goethe-Universität Frankfurt, Institut de Radioastronomie Millimétrique, Large Millimeter Telescope, Max-Planck-Institut für Radioastronomie, MIT Haystack Observatory, National Astronomical Observatory of Japan, Perimeter Institute for Theoretical Physics, Radboud University és Smithsonian Astrophysical Observatory.

Az ESO a legfontosabb kormányközi csillagászati szervezet Európában, és messze a legeredményesebb földfelszíni csillagászati obszervatórium az egész világon. Tizenhat tagország támogatja: Ausztria, Belgium, Csehország, Dánia, az Egyesült Királyság, Finnország, Franciaország, Hollandia, Írország, Lengyelország, Németország, Olaszország, Portugália, Spanyolország, Svájc és Svédország. Ezt a sort egészíti ki az ESO obszervatóriumainak befogadóországaként Chile, valamint stratégiai partnerként Ausztrália. Az ESO ambiciózus programjának fő célja hatékony földi megfigyelő műszerek tervezése, kivitelezése és működtetése annak érdekében, hogy a csillagászok élvonalbeli fontos tudományos felfedezéseket tehessenek. Az ESO vezető szerepet játszik csillagászati együttműködések elősegítésében és szervezésében. Az ESO három világszínvonalú megfigyelő helyet tart fenn Chilében. Ezek: La Silla, Paranal és Chajnantor. Paranalon üzemel a Nagyon Nagy Távcső (Very Large Telescope, VLT), a világ legkorszerűbb, látható hullámhossztartományban üzemelő csillagászati obszervatóriuma, és két égboltfelmérő távcső, az infravörös hullámhossztartományban működő VISTA és az optikai tartományban érzékeny VLT Égboltfelmérő Távcső (VLT Survey Telescope). Szintén a Paranalon fogja elhelyezni és üzemeltetni az ESO a Déli Cserenkov Távcsőrendszert (Cherenkov Telescope Array South, CTAS), a világ legnagyobb és legérzékenyebb gammasugárzás-obszervatóriumát. Az ESO vezető résztvevő az ALMA és APEX-együttműködésben, amelyek jelenleg a legnagyobb létező csillagászati projektek. Mindezeken túl épül már a Paranalhoz közeli Cerro Armazones tetején az ESO 39 méteres Rendkívül Nagy Távcsöve (Extremely Large Telescope, ELT) is. Ez lesz a világ „égre néző legnagyobb szeme”.

Az Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) az európai ESO, az Amerikai Egyesült Államokbeli U.S. National Science Foundation (NSF) és a japán National Institutes of Natural Sciences (NINS) együttműködésében, a Chilei Köztársasággal közösen valósult meg. Az ALMA működését a tagállamai részéről az ESO, az NSF együttműködésben a kanadai National Research Council of Canada-val (NRC), a Ministry of Science and Technology-val (MOST), a tajvani National Science Council of Taiwan (NSC) és a NINS együttműködésben a tajvani Academia Sinica-val (AS) és a Korea Astronomy and Space Science Institute-tal (KASI) finanszírozza. Az ALMA építését és működtetési feladatait a tagállamai részéről az ESO, Észak-Amerika részéről az Associated Universities, Inc. (AUI) által fenntartott National Radio Astronomy Observatory (NRAO), valamint Kelet-Ázsia részéről a National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ) látja el. A Joint ALMA Observatory (JAO) irányítja az ALMA építését, az üzembe helyezését és működtetését.

A BlackHoleCam kutatócsoportot az Európai Kutatási Tanács 14 millió euró értékű Synergy Grant-tal jutalmazták 2013-ban. A kutatásvezetők Heino Falcke, Luciano Rezzolla és Michael Krame, a partnerintézmények: JIVE, IRAM, MPE Garching, IRA/INAF Bologna, SKA és ESO. A BlackHoleCam az EHT kollaboráció tagja.

Linkek

·      publikációk

o   VII. cikk

o   VIII. cikk

o   Goddi és munkatársai.

·      EHT weboldala

·      Képek az ALMA-ról

·      Képek az APEX-ről 

·      ESO EHT weboldala

·      ESO blog post az EHT projektről

Kapcsolat

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

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

Ciska Kemper
European Southern Observatory
Garching bei München, Germany
Telefon: +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
Telefon: +1 303-492-7836
E-mail: jason.dexter@colorado.edu

Jongho Park
Academia Sinica, Institute of Astronomy and Astrophysics
Taipei
Telefon: +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
Telefon: +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
Telefon: +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
Telefon: +49 89 3200 6670
Mobil: +49 151 241 664 00
E-mail: press@eso.org

Connect with ESO on social media

Ez az ESO eso2105 sz. sajtóközleményének fordítása

A sajtóközleményről

Közlemény száma:eso2105hu
Név:Messier 87
Típus:Local Universe : Galaxy : Component : Central Black Hole
Facility:Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, Atacama Pathfinder Experiment
Science data:2021ApJ...910L..14G

Képek

Az M87 nagyon nagy tömegű fekete lyukának képe polarizált fényben
Az M87 nagyon nagy tömegű fekete lyukának képe polarizált fényben
Az M87 nagyon nagy tömegű fekete lyuka és jetje polarizált fényben
Az M87 nagyon nagy tömegű fekete lyuka és jetje polarizált fényben
Az M87 jetje optikai, illetve a jet és a nagyon nagy tömegű fekete lyuk képe polarizált fényben
Az M87 jetje optikai, illetve a jet és a nagyon nagy tömegű fekete lyuk képe polarizált fényben
Az M87 jetjének az ALMA-val készült polarizált képe
Az M87 jetjének az ALMA-val készült polarizált képe
Első kép egy fekete lyukról
Első kép egy fekete lyukról
Az ESO VLT távcsőegyüttesével készített kép az M87-ről
Az ESO VLT távcsőegyüttesével készített kép az M87-ről
Fantáziarajz az M87 szívében helyet foglaló fekete lyukról
Fantáziarajz az M87 szívében helyet foglaló fekete lyukról
Az M87 a Szűz csillagképben
Az M87 a Szűz csillagképben
Az ALMA és az APEX kulcsfontosságú hozzájárulása az EHT-hoz
Az ALMA és az APEX kulcsfontosságú hozzájárulása az EHT-hoz

Videók

ESOcast 235 Light: Csillagászok mágneses teret örökítettek meg egy fekete lyuk peremén
ESOcast 235 Light: Csillagászok mágneses teret örökítettek meg egy fekete lyuk peremén
Belenagyítunk az M87 szívébe, hogy új szemszögből láthassuk a központi fekete lyukat
Belenagyítunk az M87 szívébe, hogy új szemszögből láthassuk a központi fekete lyukat