eso2105nb — Pressemelding

Astronomer avbilder magnetfeltet ved kanten av det svarte hullet i M87

24. mars 2021

Samarbeidet Event Horizon Telescope (EHT), som produserte det aller første bildet av et svart hull, har i dag avslørt et nytt syn på det massive objektet i sentrum av galaksen Messier 87 (M87), nemlig hvordan det ser ut i polarisert lys. Dette er første gang astronomer har kunnet måle polarisering – en signatur av magnetfeltet – så nær kanten av et svart hull. Observasjonene er nøkkelen til å forklare hvordan M87-galaksen, som ligger 55 millioner lysår unna, er i stand til å sende ut energiske jetstråler fra kjernen.

«Vi ser nå det neste viktige beviset for å forstå hvordan magnetfelt oppfører seg rundt svarte hull, og hvordan aktivitet i dette veldig kompakte området av rommet kan drive kraftige jetstråler som strekker seg langt utover galaksen», sier Monika Mościbrodzka, koordinator for EHT Polarimetry Working Group og assisterende professor ved Radboud University i Nederland.

10. april 2019 ga forskerne ut det første bildet av et svart hull noensinne, og avslørte en lys, ringlignende struktur med en mørk sentral region – det svarte hullets skygge. Siden den gang har EHT-samarbeidet gått dypere ned i dataene fra det supermassive svarte hullet i hjertet av M87-galaksen som ble samlet i 2017. De har oppdaget at en betydelig brøkdel av lyset rundt M87-sorte hullet er polarisert.

«Dette arbeidet er en viktig milepæl: Polarisering av lys bærer informasjon som gjør at vi bedre kan forstå fysikken bak bildet vi så i april 2019, noe som ikke var mulig før», forklarer Iván Martí-Vidal, også koordinator for EHT Polarimetry Working Group og GenT Distinguished Researcher ved Universitetet i Valencia i Spania. Han legger til at «å avdekke dette nye bildet av polarisert lys krevde mange års arbeid på grunn av de komplekse teknikkene som er involvert i å skaffe og analysere dataene.»

Lys blir polarisert når det passerer gjennom visse filtre, som linsene til polariserte solbriller, eller når det sendes ut i varme områder av rommet der magnetiske felt er til stede. På samme måte som polariserte solbriller hjelper oss å se bedre ved å redusere refleksjoner og gjenskinn fra lyse overflater, kan astronomer få et bedre innblikk i regionen rundt det svarte hullet ved å se på hvordan lyset som kommer fra dette området er polarisert. Mer spesifikt tillater polarisering astronomer å kartlegge magnetfeltlinjene som er tilstede ved den indre kanten av det svarte hullet.

«De nylig publiserte polariserte bildene er nøkkelen til å forstå hvordan magnetfeltet gjør det svarte hullet i stand til å 'spise' materie og sende ut kraftige jetstråler», sier EHT-samarbeidsmedlem Andrew Chael, en NASA Hubble-stipendiat ved Princeton Center for Theoretical Science og Princeton Gravity Initiative i USA.

De lyse strålene av energi og materie som kommer fra M87s kjerne strekker seg minst 5000 lysår fra sentrum, og er en av galaksenes mest mystiske og energiske trekk. Mesteparten av materien som ligger nær kanten av det svarte hullet vil falle inn. Imidlertid slipper noen av de omkringliggende partiklene unna i øyeblikkene før de ville blitt fanget og blir blåst langt ut i verdensrommet i form av jetstråler.

Astronomer har stolt på forskjellige modeller for hvordan materie oppfører seg nær det svarte hullet for å forstå denne prosessen bedre. Men de vet fortsatt ikke nøyaktig hvordan jetstråler som er større enn galaksen sendes ut fra den sentrale regionen, som er sammenlignbar i størrelse med solsystemet. Og de vet fortsatt heller ikke hvordan materie faller ned i det svarte hullet. Med det nye EHT-bildet av det svarte hullet og dets skygge i polarisert lys, klarte astronomer for første gang å se inn i regionen like utenfor det svarte hullet der dette samspillet mellom materie som strømmer inn og blir kastet ut, foregår.

Observasjonene gir ny informasjon om strukturen til magnetfeltene like utenfor det svarte hullet. Teamet fant ut at bare teoretiske modeller med sterkt magnetisert gass kan forklare hva de ser ved hendelseshorisonten til det svarte hullet.

«Observasjonene antyder at magnetfeltene ved det svarte hullets kant er sterke nok til å presse på den varme gassen og hjelpe den å motstå tyngdekraftens drakraft. Bare gassen som slipper gjennom feltet kan bli sendt innover til hendelseshorisonten», forklarer Jason Dexter, assisterende professor ved University of Colorado Boulder i USA, og koordinator for EHT Theory Working Group.

For å observere hjertet av M87-galaksen, ble åtte teleskoper over hele verden koblet sammen – inkludert det nordlige Chile-baserte Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) og Atacama Pathfinder EXperiment (APEX), der European Southern Observatory (ESO) er en partner – for å lage et virtuelt teleskop på størrelse med jorda, kalt Event Horizon Telescope (EHT). Den imponerende oppløsningen som oppnås med EHT tilsvarer den som er nødvendig for å måle lengden på et kredittkort på overflaten av Månen.

«Med ALMA og APEX – som gjennom deres sørlige beliggenheter bidrar til å forbedre bildekvaliteten ved å sørge for geografisk spredning til EHT-nettverket – kunne europeiske forskere spille en sentral rolle i forskningen», sier Ciska Kemper, europeisk ALMA-programforsker ved ESO. «Med sine 66 antenner dominerer ALMA den samlede signalinnsamlingen i polarisert lys, mens APEX har vært viktig for kalibrering av bildet.»

«ALMA-data var også avgjørende for å kalibrere, avbilde og tolke EHT-observasjonene, og ga strenge begrensninger for de teoretiske modellene som forklarer hvordan materie oppfører seg nær det svarte hullets hendelseshorisont», legger Ciriaco Goddi til, en forsker ved Radboud University og Leiden Observatory i Nederland, og som ledet en ledsagende studie som bare baserte seg på ALMA-observasjoner.

EHT-oppsettet tillot teamet å observere skyggen til det svarte hullet og lysringen rundt det direkte, og det nye bildet av polarisert lys viser tydelig at ringen er magnetisert. Resultatene er publisert i dag i to separate artikler i The Astrophysical Journal Letters av EHT-samarbeidet. Forskningen involverte over 300 forskere fra flere organisasjoner og universiteter over hele verden.

«EHT gjør raske fremskritt, gjennom teknologiske oppgraderinger som gjøres til nettverket og nye observatorier som blir lagt til. Vi forventer at fremtidige EHT-observasjoner vil avsløre magnetfeltstrukturen rundt det svarte hullet mer nøyaktig og fortelle oss mer om fysikken i det varme gass i denne regionen», avslutter EHT-samarbeidsmedlem Jongho Park, en East Asian Core Observatories Association-stipendiat ved Academia Sinica Institute of Astronomy and Astrophysics i Taipei.

Mer informasjon

Denne forskningen ble presentert i to vitenskapelige artikler av EHT-samarbeidet i dag i The Astrophysical Journal Letters: «First M87 Event Horizon Telescope Results VII: Polarization of the Ring» (doi: 10.3847/2041-8213/abe71d) og «First M87 Event Horizon Telescope Results VIII: Magnetic Field Structure Near The Event Horizon» (doi: 10.3847/2041-8213/abe4de). 

Ledsagende forskning presenteres i artikkelen «Polarimetric properties of Event Horizon Telescope targets from ALMA» (doi: 10.3847/2041-8213/abee6a) av Goddi, Martí-Vidal, Messias, og EHT-samarbeid. Artikkelen er akseptert for publisering i The Astrophysical Journal Letters.

EHT-samarbeidet involverer mer enn 300 forskere fra Afrika, Asia, Europa, Nord- og Sør-Amerika. Det internasjonale samarbeidet arbeider for å ta de mest detaljerte bildene av svarte hull som noensinne er oppnådd ved å lage et virtuelt teleskop på størrelse med jorda. Støttet av betydelige internasjonale investeringer, kobler EHT eksisterende teleskoper sammen ved hjelp av nye systemer – og skaper et fundamentalt nytt instrument med den høyeste vinkeloppløsningskraften som ennå er oppnådd.

De enkelte teleskopene som er involvert er: ALMA, APEX, the Institut de Radioastronomie Millimetrique (IRAM) 30-meter Telescope, the IRAM NOEMA Observatory, the James Clerk Maxwell Telescope (JCMT), the Large Millimeter Telescope (LMT), the Submillimeter Array (SMA), the Submillimeter Telescope (SMT), the South Pole Telescope (SPT), the Kitt Peak Telescope, og the Greenland Telescope (GLT).

EHT-konsortiet består av 13 institutter: 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 og the Smithsonian Astrophysical Observatory.  

ESO, European Southern Observatory, er den fremste mellomstatlige astronomiorganisasjonen i Europa og verdens desidert mest produktive astronomiske observatorium. Organisasjonen er finansiert av 16 land: Belgia, Danmark, Finland, Frankrike, Irland, Italia, Nederland, Polen, Portugal, Spania, Storbritannia, Sveits, Sverige, Tsjekkia, Tyskland og Østerrike, samt vertsnasjonen Chile og med Australia som en strategisk partner. ESOs ambisiøse virksomhet fokuserer på design, bygging og drifting av effektive bakkebaserte observasjonsanlegg for å muliggjøre banebrytende vitenskapelige oppdagelser. ESO spiller også en ledende rolle i å fremme og organisere samarbeid innenfor astronomisk forskning. ESO driver tre unike, verdensledende observatorier i Chile: La Silla, Paranal og Chajnantor. Ved Paranal har ESO oppført Very Large Telescope og det verdensledende Very Large Telescope Interferometer, samt de to kartleggingsteleskopene VISTA som observerer i infrarødt og VLT Survey Telescope som observerer i synlig lys. ESO er også en viktig partner i to fasiliteter ved Chajnantor, APEX og ALMA, som er nåtidens største astronomiprosjekt. På Cerro Armazones, ikke langt fra Paranal, er ESO i ferd med å bygge Extremely Large Telescope (ELT). Med en speildiameter på 39 meter vil dette bli det største «øye» i verden som ser opp på himmelen.

Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) er et internasjonalt samarbeid mellom ESO, det amerikanske National Science Foundation (NSF), National Institutes of Natural Sciences (NINS) i Japan samt vertsnasjonen Chile. ALMA finansieres av ESO på vegne av organisasjonens medlemsland, av NSF i samarbeid med National Research Council (NRC) i Canada og National Science Council (NSC) i Taiwan, og av NINS i samarbeid med Academia Sinica (AS) i Taiwan og Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI). Byggingen og driften av ALMA ledes av ESO på vegne av organisasjonens medlemsland, av National Radio Astronomy Observatory (NRAO), som styres av Associated Universities Inc. (AUI), på vegne av Nord-Amerika, og av National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ) på vegne av Øst-Asia. Joint ALMA Observatory (JAO) står for den overordnede ledelse og administrasjon av byggefasen, oppstart og drift av ALMA.

BlackHoleCam-forskergruppen ble tildelt Det europeiske forskningsrådets Syngery Grant i 2013 på 14 millioner euro. De viktigste forskerne er Heino Falcke, Luciano Rezzolla og Michael Kramer, og partnerinstituttene er JIVE, IRAM, MPE Garching, IRA/INAF Bologna, SKA og ESO. BlackHoleCam er en del av Event Horizon Telescope-samarbeidet.

Linker

Kontakter

Maria Hammerstrøm (oversetter & norsk pressekontakt)
Universitetet i Oslo
Oslo, Norge
E-post: eson-norway@eso.org

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Bárbara Ferreira
ESO Media Manager
Garching bei München, Germany
Tlf.: +49 89 3200 6670
Mob.: +49 151 241 664 00
E-post: press@eso.org

ESO i sosiale medier

Dette er en oversettelse av ESOs pressemelding eso2105 i regi av ESON, et nettverk av personer i ESOs medlemsland (samt noen utenfor ESO, som Norge) som fungerer som lokale mediekontakter i forbindelse med pressemeldinger og andre nyheter fra ESO.

Om pressemeldingen

Pressemld. nr.:eso2105nb
Navn:Messier 87
Type:Local Universe : Galaxy : Component : Central Black Hole
Facility:Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, Atacama Pathfinder Experiment
Science data:2021ApJ...910L..14G

Bilder

Det supermassive svarte hullet i galaksen M87 i polarisert lys
Det supermassive svarte hullet i galaksen M87 i polarisert lys
Det supermassive svarte hullet og jetstrålen i galaksen M87 i polarisert lys
Det supermassive svarte hullet og jetstrålen i galaksen M87 i polarisert lys
Det supermassive svarte hullet og jetstrålen i galaksen M87 i polarisert lys
Det supermassive svarte hullet og jetstrålen i galaksen M87 i polarisert lys
ALMA-bilde av jetstrålen i M87 i polarisert lys
ALMA-bilde av jetstrålen i M87 i polarisert lys
Første bilde av et sort hull
Første bilde av et sort hull
Messier 87 avbildet av ESOs Very Large Telescope
Messier 87 avbildet av ESOs Very Large Telescope
Kunstnerisk fremstilling av det sorte hullet i sentrum av M87
Kunstnerisk fremstilling av det sorte hullet i sentrum av M87
Messier 87 i stjernebildet Jomfruen
Messier 87 i stjernebildet Jomfruen
ALMA og APEXs avgjørende bidrag til EHT
ALMA og APEXs avgjørende bidrag til EHT

Videoer

ESOcast 235 Light: Astronomer avbilder magnetfeltet ved kanten av det svarte hullet i M87
ESOcast 235 Light: Astronomer avbilder magnetfeltet ved kanten av det svarte hullet i M87
Zoom inn på hjertet av M87 for å se det nye bildet av det svarte hullet
Zoom inn på hjertet av M87 for å se det nye bildet av det svarte hullet