Astronómovia odhalili silné magnetické pole víriace na okraji čiernej diery v strede Mliečnej dráhy


eso2406 — Tlačová správa

Astronómovia odhalili silné magnetické pole víriace na okraji čiernej diery v strede Mliečnej dráhy

27. marec 2024

Nová snímka zo spolupráce ďalekohľadu Event Horizon Telescope (EHT) odhalila silné a organizované magnetické polia špirálovito sa pohybujúce od okraja supermasívnej čiernej diery Sagittarius A* (Sgr A*). Toto monštrum číhajúce v srdci našej galaxie zvanom Mliečna dráha, máme možnosť prvýkrát vidieť v polarizovanom svetle a tento nový pohľad odhalil štruktúru magnetického poľa, nápadne podobnú štruktúre čiernej diery, v centre galaxie M87, čo naznačuje, že silné magnetické polia môžu byť spoločné pre všetky čierne diery. Táto podobnosť tiež naznačuje skrytý výtrysk v Sgr A*. Výsledky boli dnes zverejné v The Astrophysical Journal Letters.

V roku 2022 vedci prestavili prvú snímku Sgr A* na tlačových konferenciách po celom svete, vrátane Európskeho južného observatória (ESO). Zatiaľ čo supermasívna čierna diera Mliečnej dráhy, ktorá je od Zeme vzdialená zhruba 27 000 svetelných rokov, je viac ako tisíckrát menšia a ľahšia ako prvá vyobrazená čierna diera M87, pozorovania odhalili, že obe vyzerajú pozoruhodne podobne. To prinútilo vedcov k zamysleniu, či títo dvaja majú aj iné spoločné črty mimo ich vzhľadu. Aby to zistil, vedci sa rozhodli študovať Sgr A* v polarizovanom svetle. Predchádzajúce štúdie svetla v okolí čiernej diery M87 (M87*) odhalili, že magnetické polia okolo čiernej diery umožňujú vypustiť silné výtrysky materiálu späť do okolitého prostredia. Na základe tejto práce nové snímky odhalili, že to isté môže platiť pre Sgr A*.

„Vidíme, že v blízkosti čiernej diery v strede Mliečnej dráhy existujú silné, skrútené a usporiadané magnetické polia,“ hovorí Sara Issaoun, jedna z vedúcich projektu členka NASA Hubble Fellowship Program Einstein Fellow v Centre pre astrofyziku | Harvard & Smithsonian, USA. „Spolu stým, že Sgr A*, má nápadne podobnú polarizačnú štruktúru ako oveľa väčšia a silnejšia čierna diera M87*, sme sa dozvedeli, že silné a usporiadané magnetické polia sú rozhodujúce pre interakciu čiernych dier s plynom a hmotou vo svojom okolí.”

Svetlo je kmitajúce (oscilujúce) elektromagnetické vlnenie, vďaka ktormému vidíme objekty a predmety okolo nás. Niekedy svetlo osciluje len v určitom smere a tomu hovoríme „polarizované“. Hoci nás polarizované svetlo obklopuje, pre ľudské oči je nerozoznateľné od „normálneho“ svetla. V plazme v okolí týchto čiernych dier častice víriace okolo magnetických siločiar dodávajú svetlu polarizačný vzor kolmý na magnetické pole. To umožňuje astronómom detailnejšie sledovať dianie okolo čiernych dier a mapovať ich magnetické siločiary.

„Zobrazením polarizovaného svetla pochádzajúceho z horúceho žiariaceho plynu v blízkosti čiernych dier priamo odvodzujeme štruktúru a silu magnetických polí, ktoré sa tiahnu prúdom plynu a hmoty, ktorými sa čierna diera živí a ktoré vyvrhuje,“ povedal spoluvedúci projektu, Angelo Ricarte, a člen Harvard Black Hole Initiative Fellow. „Vďaka polarizovanému svetlu sa toho dozvedáme oveľa viac o astrofyzike, vlastnostiach plynu a mechanizmoch, ktoré sa odohrávajú, keď čierna diera pohlcuje hmotu.“

Na zobrazenie čiernych dier v polarizovanom svetle nestačí nasadiť polarizačné slnečné okuliare, a toto platí najmä pre Sgr A*, ktorá sa mení tak rýchlo, že ju nie je možné zachytiť v pokoji – nezastaví sa. Zobrazenie tejto supermasívnej čiernej diery vyžaduje sofistikované nástroje nad rámec tých, ktoré sa predtým používali na zachytenie na oveľa stabilnejšieho cieľa, ako M87*. Vedecký pracovník projektu EHT Geoffrey Bower z Inštitútu astronómie a astrofyziky, Academia Sinica, Taipei hovorí: „Pretože Sgr A* sa počas fotografovania pohybuje, bolo veľmi vytvoriť aj nepolarizovaný obrázok.“ Dodal, že prvá snímka bola priemerom viacerých obrázkov v dôsledku pohybu Sgr A*. „Uľavilo sa nám, keď sa ukázalo, že dokážeme urobiť polarizovanú snímku. Niektoré modely boli príliš divoké a turbulentné na to, aby bolo možné vytvoriť polarizovaný obraz, ale príroda k nám nebola až taká krutá.“

Mariafelicia De Laurentis, pracovníčka projektu EHT a profesorka na Neapolskej univerzite Federico II, Taliansko, hovorí: „Pri vzorke dvoch čiernych dier – s veľmi rozdielnymi hmotnosťami a veľmi rozdielnými hostiteľskými galaxiami – je dôležité určiť, v čom sú rovnaké a v čom sú rozdielne. Keďže obe majú silné magnetické polia, naznačuje to, že to môže byť univerzálna a možno základná vlastnosť tohto typu systému. Jednou z podobností medzi týmito dvoma čiernymi dierami môže byť výtrysk, ale zatiaľ čo v M87* sme zobrazili veľmi zreteľne, v Sgr A* sme to ešte nenašli.

Na pozorovaní Sgr A* spolupracovalo osem ďalekohladov po celom svete, aby vytvorili virtuálny ďalekohľad o veľkosti Zeme, EHT. Súčasťou siete, ktorá sa konala v roku 2017, boli aj ALMA (Atacama Large Millimeter/submilimeter Array), v ktorej je ESO partnerom, a experiment APEX (Atacama Pathfinder Experiment), ktorý hosťuje ESO. Oba ďalekohľady sa nachádzajú v severnom Čile.

„Ako najväčší a najvýkonnejší ďalekohľad v EHT hral ALMA kľúčovú úlohu pri vytváraní tejto snímky,“ hovorí María Díaz Trigo, európska vedkyňa programu ALMA v ESO. „ALMA teraz prejde extrémnou premenou tzv. Wideband Sensitivity Upgrade, vďaka ktorej bude ALMA ešte citlivejší a zostane tak základným pozorovateľom pre budúce EHT pozorovaniach Sgr A* a iných čiernych dier.“

Od roku 2017 vykonala EHT niekoľko pozorovaní Sgr A* a plánuje opakovane pozorovať objekt apríli 2024. Každý rok sa snímky zlepšujú, pretože EHT využíva nové ďalekohľady, väčšiu šírku pásma a nové pozorovacie frekvencie. Plánované rozšírenie v budúcom desaťročí umožnia vyhotoviť vysoko presné zábery Sgr A*, ktoré možno odhalia skrytý výtrysk a astronómom tak umožní pozorovať podobné polarizačné vlastnosti aj u iných čiernych dier. Rozšírenie EHT do vesmíru by poskytlo ostrejšie snímky čiernych dier ako kedykoľvek predtým.

——————–

More information

This research was presented in two papers by the EHT Collaboration published today in 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).

The EHT collaboration involves more than 300 researchers from Africa, Asia, Europe, and North and South America. The international collaboration is working to capture the most detailed black hole images ever obtained by creating a virtual Earth-sized telescope. Supported by considerable international investment, the EHT links existing telescopes using novel systems — creating a fundamentally new instrument with the highest angular resolving power that has yet been achieved.

The individual telescopes involved in the EHT in April 2017, when the observations were conducted, were: the Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), the Atacama Pathfinder EXperiment (APEX), the Institut de Radioastronomie Millimetrique (IRAM) 30-meter Telescope, the James Clerk Maxwell Telescope (JCMT), the Large Millimeter Telescope Alfonso Serrano (LMT), the Submillimeter Array (SMA), the UArizona Submillimeter Telescope (SMT), and the South Pole Telescope (SPT). Since then, the EHT has added the Greenland Telescope (GLT), the IRAM NOrthern Extended Millimeter Array (NOEMA) and the UArizona 12-meter Telescope on Kitt Peak to its network.

The EHT consortium consists of 13 stakeholder institutes: 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 and the Smithsonian Astrophysical Observatory.

The Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), an international astronomy facility, is a partnership of ESO, the U.S. National Science Foundation (NSF) and the National Institutes of Natural Sciences (NINS) of Japan in cooperation with the Republic of Chile. ALMA is funded by ESO on behalf of its Member States, by NSF in cooperation with the National Research Council of Canada (NRC) and the National Science and Technology Council (NSTC) in Taiwan and by NINS in cooperation with the Academia Sinica (AS) in Taiwan and the Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI). ALMA construction and operations are led by ESO on behalf of its Member States; by the National Radio Astronomy Observatory (NRAO), managed by Associated Universities, Inc. (AUI), on behalf of North America; and by the National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ) on behalf of East Asia. The Joint ALMA Observatory (JAO) provides the unified leadership and management of the construction, commissioning and operation of ALMA.

Contacts

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

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

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

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

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

Bárbara Ferreira
ESO Media Manager
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 3200 6670
Cell: +49 151 241 664 00
Email: press@eso.org
——————–

Pôvodný článok: https://www.eso.org/public/news/eso2406/

 

ESO*lar