Pressmeddelande

Astronomer avslöjar starka spiralformade magnetfält vid randen av Vintergatans centrala svarta hål

27 mars 2024, Skurup

En ny bild tagen med Event Horizon Telescope (EHT) har avslöjat starka spiralformade magnetfält vid randen av det supermassiva svarta hålet Sagittarius A* (Sgr A*) i Vintergatans centrum. Denna nya bild av monstret Vintergatans hjärta är tagen i polariserat ljus och avslöjar en magnetfältsstruktur som är slående lik den i det svarta hålet i mitten av galaxen M87. Detta tyder på att starka magnetiska fält kan vara en egenskap som är gemensam för alla svarta hål. Likheten mellan de två svarta hålen antyder också att en dold jetstråle finns i Sgr A*. Resultaten publicerades i dag i The Astrophysical Journal Letters.

2022 presenterade forskare den första bilden av Sgr A* vid presskonferenser runtom i världen, bland annat vid European Southern Observatory (ESO). Vintergatans supermassiva svarta hål, som ligger ungefär 27 000 ljusår från jorden, har mer än tusen gånger mindre storlek och massa än motsvarigheten i M87, det första svarta hålet som avbildades över huvud taget. Trots storleksskillnaden avslöjade observationerna att de två svarta hålen ser anmärkningsvärt lika ut, vilket fick astronomerna att fundera på om de två delade gemensamma drag utöver sitt snarlika utseende. 

För att ta reda på det beslutade forskarna att studera Sgr A* i polariserat ljus. Tidigare studier av ljuset från det svarta hålet i M87 (M87*) avslöjade att magnetfälten runt detsamma gav upphov till kraftfulla jetstrålar som återförde materia till den omgivande rymden. Med utgångspunkt i detta arbete har de nya bilderna avslöjat att detsamma kan gälla även för Sgr A*.

"Vad vi ser nu är att det finns starka, spiralformade och välstrukturerade magnetfält nära det svarta hålet i Vintergatans centrum" säger Sara Issaoun, NASA Hubble Fellowship Program Einstein Fellow vid Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian, USA, och en av forskningsledarna för projektet. "Utöver det faktum att Sgr A* har en polarisationsstruktur som är slående lik den i det mycket större och energirikare svarta hålet M87*, har vi lärt oss att starka och välordnade magnetfält är avgörande för hur svarta hål samverkar med gasen och materian i deras omgivning."

Ljus är likt annan elektromagnetisk strålning en svängande elektromagnetisk våg som gör att vi kan se föremål på avstånd. Ibland svänger ljuset i en enstaka huvudsaklig riktning, så kallat polariserat ljus. Mänskliga ögon kan dock inte skilja från "normalt" ljus från polariserat ljus. Partiklar som rör sig runt magnetfältslinjerna i plasman runt dessa svarta hål ger upphov till ett polarisationsmönster vinkelrätt mot magnetfältet. Tack vare detta kan astronomer se vad som händer i området runt det svarta hålet med hög detaljrikedom och kartlägga dess magnetfältslinjer.

"Genom att avbilda polariserat ljus från het lysande gas nära svarta hål kan vi direkt härleda strukturen och styrkan hos de magnetiska fält som kontrollerar flödet av gasen och materian som faller in i det svarta hålet och sedan kastas ut" säger  Angelo Ricarte, forskningsledare och Harvard Black Hole Initiative Fellow. "Polariserat ljus lär oss mycket mer om astrofysiken, egenskaper och mekanismerna när gasen faller in i det svarta hålet."

Men att avbilda svarta hål i polariserat ljus är inte lika lätt som att ta på sig ett par polariserade solglasögon. Detta gäller särskilt för Sgr A*, som förändrar sig så snabbt att tillräckligt korta bilder inte kan tas. Att avbilda det supermassiva svarta hålet kräver mer sofistikerade verktyg än de som tidigare använts för att fånga M87*, som är ett mycket mer statiskt mål. 

En av forskarna vid EHT-projektet, Geoffrey Bower vid Institute of Astronomy and Astrophysics, Academia Sinica, Taipei, berättar att "eftersom Sgr A* rör sig medan vi försöker ta en bild var det svårt att konstruera ens den opolariserade bilden", och tillägger att den första bilden var ett genomsnitt av flera bilder på grund av Sgr A*s rörelse. "Det var en lättnad för oss att över huvud taget kunna ta en bild av dess polarisation. Vissa av de modeller vi hade av polarisationen var alldeles för turbulenta för att kunna konstruera en polarisationsbild, men naturen var i detta fall inte lika grym."

Mariafelicia De Laurentis, biträdande projektforskare vid EHT och professor vid University of Neapel Federico II, Italien, konstaterade att "med ett urval av två svarta hål - med mycket olika massor och i extremt olika värdgalaxer - är det viktigt att avgöra på vilka sätt de är lika och olika. Eftersom båda indikerar förekomsten av starka magnetfält tyder det på att sådana kan vara en generell och kanske grundläggande egenskap för dessa system. En likhet mellan de två svarta hålen kan vara en jetstråle, men även om vi har avbildat en mycket uppenbar sådan i M87* har vi ännu inte hittat någon i Sgr A*."

För att observera Sgr A* kopplades åtta teleskop runt om i världen samman för att skapa EHT, ett virtuellt teleskop av jordens storlek. Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), där ESO är en partner, och Atacama Pathfinder Experiment (APEX), som ESO är värd för, är båda belägna i norra Chile och ingick i nätverket som gjorde observationerna 2017.

"ALMA spelade en nyckelroll för att göra denna bild möjlig eftersom det var det största och mest kraftfulla teleskopet i EHT”, säger ESO:s María Díaz Trigo, European ALMA Program Scientist. "ALMA planerar nu för en betydande uppgradering, Wideband Sensitivity Upgrade, som kommer att göra antennsystemet ännu mer känsligt och bibehålla dess avgörande roll i framtida EHT-observationer av Sgr A* och andra svarta hål."

EHT har genomfört ett flertal observationer sedan 2017 och planerar att observera Sgr A* igen i april 2024. Varje år förbättras bilderna eftersom EHT utökas med nya teleskop, större bandbredd och nya observationsfrekvenser. De planerade uppgraderingarna under det kommande decenniet kommer att möjliggöra filmsekvenser av Sgr A* som möjligen kan avslöja förekomsten av en dold jetstråle och studier av liknande polarisationsegenskaper i andra svarta hål. Samtidigt skulle en utvidgning av EHT i rymden kunna ge skarpare bilder av svarta hål än någonsin tidigare.

Mer information

Forskningsresultaten presenteras i två artiklar av EHT-konsortiet som publiceras i dag i 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). 

EHT-konsortiet omfattar över 300 forskare i Afrika, Asien, Europa samt Nord- och Sydamerika. Detta internationella samarbete syftar till att ta de mest detaljerade bilderna någonsin av svarta hål genom att skapa ett virtuellt radioteleskop lika stort som jorden. Tack vare avsevärda internationella bidrag  länkar EHT samman enskilda teleskop för att uppnå en tidigare ouppnådd vinkelupplösning. 

De individuella teleskop som ingick i EHT i april 2017, när observationerna gjordes, är: Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), Atacama Pathfinder EXperiment (APEX), IRAM 30-meter Telescope, James Clerk Maxwell Telescope (JCMT), Large Millimeter Telescope Alfonso Serrano (LMT), Submillimeter Array (SMA), UArizona Submillimeter Telescope (SMT) och South Pole Telescope (SPT). Sedan dess har Greenland Telescope (GLT), IRAM NOrthern Extended Millimeter Array (NOEMA) och UArizona 12-meter Telescope på Kitt Peak adderats till EHT.

I EHT-konsortiet ingår 13 institut: 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 och Smithsonian Astrophysical Observatory. 

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.

Länkar

• Forskningsartikel VII
• Forskningsartikel VIII
• Foton på ALMA
• Foton på APEX
• ESO EHT Milky Way page (fokuserar på tidigare forskning om Sgr A*)
• För journalister: Prenumerera på pressmeddelanden under embargo på svenska
• För astronomer: Berätta om din forskning!

Kontakter

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

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

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

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

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

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

Johan Warell (press contact Sverige)
ESO Science Outreach Network
Skurup, Sverige
Tel: +46-706-494731
Email: eson-sweden@eso.org

Connect with ESO on social media

Detta är den översatta versionen av ESO:s pressmeddelande eso2406 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.