eso2305 — Tlačová správa (vedecká)

Prvý priamy obraz čiernej diery so silným výtryskom hmoty

26. apríl 2023

Astronómovia po prvýkrát pozorovali na jednej snímke tieň čiernej diery v centre galaxie Messier 87 (M87) a silný výtrysk hmoty, ktorý z nej vychádza. Pozorovania sa uskutočnili v roku 2018 pomocou ďalekohľadov Global Millimetre VLBI Array (GMVA), Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), ktorého je ESO partnerom, a Greenland Telescope (GLT). Táto nová snímka pomôže astronómom lepšie pochopiť, ako môžu tieto energetické výtrysky čiernych dier vznikať.

Väčšina galaxií ukrýva vo svojom strede supermasívnu čiernu dieru. Zatiaľ, čo čierne diery sú známe tým, že pohlcujú hmotu vo svojom bezprostrednom okolí, môžu tiež vypúšťať silné výtrysky hmoty, ktoré siahajú až za hranice galaxií, v ktorých sa nachádzajú. Ako čierne diery vytvárajú tieto obrovské výtrysky je v astronómii dlhodobým problémom. „Vieme, že výtrysky hmoty vychádzajú z okolia čiernych dier,“ hovorí Ru-Sen Lu z Astronomického observatória v Šanghaji, v Číne, „ale stále plne nerozumieme tomu, ako sa to vlastne deje. Aby sme to mohli priamo študovať, potrebujeme pozorovať výtrysk čo najbližšie k čiernej diere.“

Dnes zverejnený nový obrázok presne toto po prvýkrát ukazuje: ako sa spodná časť výtrysku spája s hmotou víriacou okolo supermasívnej čiernej diery. Pozorovaným objektom je galaxia M87, ktorá sa nachádza vo vzdialenosti 55 miliónov svetelných rokov v našom vesmírnom susedstve, je domovom čiernej diery a 6,5 miliardykrát hmotnejšia ako Slnko. Pri predchádzajúcich pozorovaniach sa podarilo zobraziť oblasť v blízkosti čiernej diery a výtrysk oddelene. „Táto nová snímka nám poskytuje ucelený pohľad na túto problematiku tým, že zobrazuje oblasť okolo čiernej diery a výtrysk hmoty súčasne,“ dodáva Jae-Young Kim z Národnej univerzity Kyungpook v Južnej Kórei a Max Planck Institute for Radio Astronomy v Nemecku.

Snímok bol získaný pomocou ďalekohľadov GMVA, ALMA a GLT, ktoré dohromady tvoria celosvetovú sieť rádioteleskopov slúžiacich ako virtuálny ďalekohľad o veľkosti Zeme. Takto rozsiahla sieť dokáže rozoznať veľmi malé detaily v oblasti okolo čiernej diery M87.

Nový snímok ukazuje výtrysk vznikajúci v blízkosti čiernej diery a tiež to, čo vedci nazývajú tieň čiernej diery. Ako hmota obieha okolo čiernej diery, zahrieva sa a vyžaruje svetlo. Čierna diera ohýba a zachytáva časť tohto svetla, čím vytvára prstencovú štruktúru okolo čiernej diery pri pohľade zo Zeme. Temná časť v strede prstenca je tieň čiernej diery, ktorý bol prvýkrát zobrazený ďalekohľadom Event Horizon Telescope (EHT) v roku 2017. Ako táto nová snímka, tak aj snímka EHT kombinujú dáta zhotovené niekoľkými rádioteleskopmi po celom svete. Dnes zverejnená snímka však ukazuje rádiové svetlo vyžarované na dlhšej vlnovej dĺžke ako snímka EHT: 3,5 mm namiesto 1,3 mm. „Na tejto vlnovej dĺžke môžeme vidieť, ako výtrysk vystupuje z prstenca okolo centrálnej supermasívnej čiernej diery,“ hovorí Thomas Krichbaum z Max Planck Institute for Radio Astronomy.

Veľkosť prstenca pozorovaného sieťou GMVA je zhruba o 50% väčšia v porovnaní so snímkou z Event Horizon Telescope. „Aby sme pochopili fyzikálny pôvod toho, prečo je prstenec väčší a silnejší, museli sme pomocou počítačových simulácií otestovať rôzne scenáre,“ vysvetľuje Keiichi Asada z Academia Sinica na Taiwane. Výsledky naznačujú, že nová snímka odhaľuje viac materiálu padajúceho smerom k čiernej diere, než aký bolo možné pozorovať pomocou EHT.

Tieto nové pozorovania čiernej diery M87 boli vykonané v roku 2018 pomocou rádioteleskopu GMVA, ktorý pozostáva zo 14 rádioteleskopov v Európe a Severnej Amerike [1]. Okrem toho boli zapojené dve ďalšie zariadenia: Greenland Telescope a ALMA, ktorej partnerom je ESO. ALMA, skladajúci sa zo 66 antén v čilskej púšti Atacama, pri týchto pozorovaniach hrala kľúčovú úlohu. Údaje získané všetkými týmito teleskopmi po celom svete sa kombinujú pomocou techniky zvanej interferometria, ktorá synchronizuje signály zhotovené jednotlivými zariadeniami. Na zachytenie skutočného tvaru astronomického objektu je však dôležité, aby boli ďalekohľady rozmiestnené po celej Zemi. Ďalekohľady GMVA sú väčšinou orientované v smere od východu k západu, takže pre vytvorenie snímky bolo pridanie ďalekohľadu ALMA na južnej pologuli nevyhnutné. „Vďaka umiestneniu a citlivosti interferometra ALMA sme mohli odhaliť tieň čiernej diery a zároveň nahliadnuť hlbšie do žiarenia výtrysku,“ vysvetľuje Lu.

Budúce pozorovania pomocou tejto siete ďalekohľadov bude naďalej odhaľovať, ako môžu supermasívne čierne diery vypúšťať silné výtrysky. „Plánujeme pozorovať oblasť okolo čiernej diery v centre M87 na rôznych rádiových vlnových dĺžkach, aby sme mohli ďalej študovať emisie výtrysku,“ hovorí Eduardo Ros z Inštitútu Maxa Plancka pre rádioastronómiu. Takéto pozorovania by tímu umožnili rozpliesť zložité procesy, ktoré sa odohrávajú v blízkosti supermasívnej čiernej diery. „Nadchádzajúce roky budú vzrušujúce, pretože sa budeme môcť dozvedieť viac o tom, čo sa deje v blízkosti jednej z najzáhadnejších oblastí vo vesmíre,“ uzatvára Ros.

Poznámky
[1] Súčasťou GMVA je aj kórejská VLBI Network, ktorá však nebola súčasťou tohto pozorovania.

——————-
More information

This research was presented in the paper „A ring-like accretion structure in M87 connecting its black hole and jet“ to appear in Nature (doi: 10.1038/s41586-023-05843-w)

The team is composed of Ru-Sen Lu (Shanghai Astronomical Observatory, People’s Republic of China [Shanghai]; Key Laboratory of Radio Astronomy, People’s Republic of China [KLoRA]; Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Germany [MPIfR]), Keiichi Asada (Institute of Astronomy and Astrophysics, Academia Sinica, Taiwan, ROC [IoAaA]), Thomas P. Krichbaum (MPIfR), Jongho Park (IoAaA; Korea Astronomy and Space Science Institute, Republic of Korea [KAaSSI]), Fumie Tazaki (Simulation Technology Development Department, Tokyo Electron Technology Solutions Ltd., Japan; Mizusawa VLBI Observatory, National Astronomical Observatory of Japan, Japan [Mizusawa]), Hung-Yi Pu (Department of Physics, National Taiwan Normal University, Taiwan, ROC; IoAaA; Center of Astronomy and Gravitation, National Taiwan Normal University, Taiwan, ROC), Masanori Nakamura (National Institute of Technology, Hachinohe College, Japan; IoAaA), Andrei Lobanov (MPIfR), Kazuhiro Hada (Mizusawa; Department of Astronomical Science, The Graduate University for Advanced Studies, Japan), Kazunori Akiyama (Black Hole Initiative at Harvard University, USA; Massachusetts Institute of Technology Haystack Observatory, USA [Haystack]; National Astronomical Observatory of Japan, Japan [NAOoJ]), Jae-Young Kim (Department of Astronomy and Atmospheric Sciences, Kyungpook National University, Republic of Korea; KAaSSI; MPIfR), Ivan Marti-Vidal (Departament d’Astronomia i Astrofísica, Universitat de València, Spain; Observatori Astronòmic, Universitat de València, Spain), Jose L. Gomez (Instituto de Astrofísica de Andalucía-CSIC, Spain [IAA]), Tomohisa Kawashima (Institute for Cosmic Ray Research, The University of Tokyo, Japan), Feng Yuan (Shanghai; Key Laboratory for Research in Galaxies and Cosmology, Chinese Academy of Sciences, People’s Republic of China; School of Astronomy and Space Sciences, University of Chinese Academy of Sciences, People’s Republic of China [SoAaSS]), Eduardo Ros (MPIfR), Walter Alef (MPIfR), Silke Britzen (MPIfR), Michael Bremer (Institut de Radioastronomie Millimétrique, France [IRAMF]), Avery E. Broderick (Department of Physics and Astronomy, University of Waterloo, Canada [Waterloo]; Waterloo Centre for Astrophysics, University of Waterloo, Canada; Perimeter Institute for Theoretical Physics, Canada), Akihiro Doi (The Institute of Space and Astronautical Science, Japan Aerospace Exploration Agency, Japan; Department of Space and Astronautical Science, SOKENDAI, Japan [SOKENDAI]), Gabriele Giovannini (Dipartimento di Fisica e Astronomia, Università di Bologna, Italy; Istituto di Radio Astronomia, INAF, Bologna, Italy [INAF]), Marcello Giroletti (INAF), Paul T. P. Ho (IoAaA), Mareki Honma (Mizusawa; Hachinohe; Department of Astronomy, The University of Tokyo, Japan), David H. Hughes (Instituto Nacional de Astrofísica, Mexico), Makoto Inoue (IoAaA), Wu Jiang (Shanghai), Motoki Kino (NAOoJ; Kogakuin University of Technology and Engineering, Japan), Shoko Koyama (Niigata University, Japan; IoAaA), Michael Lindqvist (Department of Space, Earth and Environment, Chalmers University of Technology, Sweden [Chalmers]), Jun Liu (MPIfR), Alan P. Marscher (Institute for Astrophysical Research, Boston University, USA), Satoki Matsushita (IoAaA), Hiroshi Nagai (NAOoJ; SOKENDAI), Helge Rottmann (MPIfR), Tuomas Savolainen (Department of Electronics and Nanoengineering, Aalto University, Finland; Metsähovi Radio Observatory, Finland [Metsähovi]; MPIfR), Karl-Friedrich Schuster (IRAMF), Zhi-Qiang Shen (Shanghai; KLoRA), Pablo de Vicente (Observatorio de Yebes, Spain [Yebes]), R. Craig Walker (National Radio Astronomy Observatory, Socorro, USA), Hai Yang (Shanghai; SoAaSS), J. Anton Zensus (MPIfR), Juan Carlos Algaba (Department of Physics, Universiti Malaya, Malaysia), Alexander Allardi (University of Vermont, USA), Uwe Bach (MPIfR), Ryan Berthold (East Asian Observatory, USA [EAO]), Dan Bintley (EAO), Do-Young Byun (KAaSSI; University of Science and Technology, Daejeon, Republic of Korea), Carolina Casadio (Institute of Astrophysics, Heraklion, Greece; Department of Physics, University of Crete, Greece), Shu-Hao Chang (IoAaA), Chih-Cheng Chang (National Chung-Shan Institute of Science and Technology, Taiwan, ROC [Chung-Shan]), Song-Chu Chang (Chung-Shan), Chung-Chen Chen (IoAaA), Ming-Tang Chen (Institute of Astronomy and Astrophysics, Academia Sinica, USA [IAAAS]), Ryan Chilson (IAAAS), Tim C. Chuter (EAO), John Conway (Chalmers), Geoffrey B. Crew (Haystack), Jessica T. Dempsey (EAO; Astron, The Netherlands [Astron]), Sven Dornbusch (MPIfR), Aaron Faber (Western University, Canada), Per Friberg (EAO), Javier González García (Yebes), Miguel Gómez Garrido (Yebes), Chih-Chiang Han (IoAaA), Kuo-Chang Han (System Development Center, National Chung-Shan Institute of Science and Technology, Taiwan, ROC), Yutaka Hasegawa (Osaka Metropolitan University, Japan [Osaka]), Ruben Herrero-Illana (European Southern Observatory, Chile), Yau-De Huang (IoAaA), Chih-Wei L. Huang (IoAaA), Violette Impellizzeri (Leiden Observatory, the Netherlands; National Radio Astronomy Observatory, Charlottesville, USA [NRAOC]), Homin Jiang (IoAaA), Hao Jinchi (Electronic Systems Research Division, National Chung-Shan Institute of Science and Technology, Taiwan, ROC), Taehyun Jung (KAaSSI), Juha Kallunki (Metsähovi), Petri Kirves (Metsähovi), Kimihiro Kimura (Japan Aerospace Exploration Agency, Japan), Jun Yi Koay (IoAaA), Patrick M. Koch (IoAaA), Carsten Kramer (IRAMF), Alex Kraus (MPIfR), Derek Kubo (IAAAS), Cheng-Yu Kuo (National Sun Yat-Sen University, Taiwan, ROC), Chao-Te Li (IoAaA), Lupin Chun-Che Lin (Department of Physics, National Cheng Kung University, Taiwan, ROC ), Ching-Tang Liu (IoAaA), Kuan-Yu Liu (IoAaA), Wen-Ping Lo (Department of Physics, National Taiwan University, Taiwan, ROC; IoAaA), Li-Ming Lu (Chung-Shan), Nicholas MacDonald (MPIfR), Pierre Martin-Cocher (IoAaA), Hugo Messias (Joint ALMA Observatory, Chile; Osaka), Zheng Meyer-Zhao (Astron; IoAaA), Anthony Minter (Green Bank Observatory, USA), Dhanya G. Nair (Astronomy Department, Universidad de Concepción, Chile), Hiroaki Nishioka (IoAaA), Timothy J. Norton (Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian, USA [CfA]), George Nystrom (IAAAS), Hideo Ogawa (Osaka), Peter Oshiro (IAAAS), Nimesh A. Patel (CfA), Ue-Li Pen (IoAaA), Yurii Pidopryhora (MPIfR; Argelander-Institut für Astronomie, Universität Bonn, Germany), Nicolas Pradel (IoAaA), Philippe A. Raffin (IAAAS), Ramprasad Rao (CfA), Ignacio Ruiz (Institut de Radioastronomie Millimétrique, Granada, Spain [IRAMS]), Salvador Sanchez (IRAMS), Paul Shaw (IoAaA), William Snow (IAAAS), T. K. Sridharan (NRAOC; CfA), Ranjani Srinivasan (CfA; IoAaA), Belén Tercero (Yebes), Pablo Torne (IRAMS), Thalia Traianou (IAA; MPIfR), Jan Wagner (MPIfR), Craig Walther (EAO), Ta-Shun Wei (IoAaA), Jun Yang (Chalmers), Chen-Yu Yu (IoAaA).

This research has made use of data obtained with the Global Millimeter VLBI Array (GMVA), which consists of telescopes operated by the Max-Planck-Institut für Radioastronomie (MPIfR), Institut de Radioastronomie Millimétrique (IRAM), Onsala Space Observatory (OSO), Metsähovi Radio Observatory (MRO), Yebes, the Korean VLBI Network (KVN), the Green Bank Telescope (GBT) and the Very Long Baseline Array (VLBA).

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.

The Greenland Telescope (GLT) retrofit, rebuild, and operation are led by the Academia Sinica, Institute of Astronomy and Astrophysics (ASIAA) and the Smithsonian Astrophysical Observatory (SAO).

The European Southern Observatory (ESO) enables scientists worldwide to discover the secrets of the Universe for the benefit of all. We design, build and operate world-class observatories on the ground — which astronomers use to tackle exciting questions and spread the fascination of astronomy — and promote international collaboration in astronomy. Established as an intergovernmental organisation in 1962, today ESO is supported by 16 Member States (Austria, Belgium, the Czech Republic, Denmark, France, Finland, Germany, Ireland, Italy, the Netherlands, Poland, Portugal, Spain, Sweden, Switzerland and the United Kingdom), along with the host state of Chile and with Australia as a Strategic Partner. ESO’s headquarters and its visitor centre and planetarium, the ESO Supernova, are located close to Munich in Germany, while the Chilean Atacama Desert, a marvellous place with unique conditions to observe the sky, hosts our telescopes. ESO operates three observing sites: La Silla, Paranal and Chajnantor. At Paranal, ESO operates the Very Large Telescope and its Very Large Telescope Interferometer, as well as survey telescopes such as VISTA. Also at Paranal ESO will host and operate the Cherenkov Telescope Array South, the world’s largest and most sensitive gamma-ray observatory. Together with international partners, ESO operates ALMA on Chajnantor, a facility that observes the skies in the millimetre and submillimetre range. At Cerro Armazones, near Paranal, we are building “the world’s biggest eye on the sky” — ESO’s Extremely Large Telescope. From our offices in Santiago, Chile we support our operations in the country and engage with Chilean partners and society.
——————–
Contacts

Ru-Sen Lu
Shanghai Astronomical Observatory, Chinese Academy of Sciences
Shanghai, People’s Republic of China
Tel: +86-21-34776078
Email: rslu@shao.ac.cn

Keiichi Asada
Institute of Astronomy and Astrophysics, Academia Sinica
Taipei, Taiwan, ROC
Tel: +886-2-2366-5410
Email: asada@asiaa.sinica.edu.tw

Thomas P. Krichbaum
Max-Planck-Institut für Radioastronomie
Bonn, Germany
Tel: +49 228 525 292
Email: tkrichbaum@mpifr.de

Kazuhiro Hada
National Astronomical Observatory of Japan
Oshu, Japan
Tel: +81-197-22-7129
Email: kazuhiro.hada@nao.ac.jp

Juan Carlos Muñoz Mateos
ESO Media Officer
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 3200 6670
Email: press@eso.org
——————–

Pôvodný článok: https://www.eso.org/public/news/eso2305/

 

ESO*lar