Nieuw beeld van zwart gat onthult ‘pluizige’ ring – Ars Technica

Onthuld door astronomen vandaag Nieuwe foto’s van het zwarte gat In het centrum van het M87-stelsel zijn voor het eerst een zachtere versie van de gloeiende ring van het zwarte gat en zijn krachtige straal samen in dezelfde afbeelding te zien. de Event Horizon-telescoop De EHT bracht in 2017 voor het eerst het zwarte gat in beeld; Deze nieuwe afbeelding is gebaseerd op gegevens die zijn verzameld door VLBI Universele Millimeterset (GMVA), die radio-emissies vastlegde op een iets andere maar wetenschappelijk belangrijke golflengte. Details van de nieuwe observatiegegevens, beeldverwerkingsmethoden en bijbehorende computersimulaties worden beschreven in een nieuw artikel dat is gepubliceerd in het tijdschrift Nature.

“Dit is het eerste beeld waarop we kunnen bepalen waar de ring zich bevindt ten opzichte van de krachtige straal die ontsnapt uit het centrale zwarte gat,” zei co-auteur Kazunori Akiyama van MIT’s Haystack Observatory, dat de beeldvormingssoftware ontwikkelde die wordt gebruikt om het zwarte gat te visualiseren. “We kunnen nu beginnen met het behandelen van vragen zoals hoe deeltjes worden versneld en verwarmd en vele andere mysteries over een zwart gat dieper.”

Zoals eerder vermeld, is de EHT een verzameling telescopen verspreid over de hele wereld, waaronder instrumenten van Hawaï tot Europa en van Antarctica tot Groenland. De “telescoop” wordt gecreëerd door een proces dat interferometrie wordt genoemd, waarbij licht dat op verschillende locaties wordt opgevangen, wordt gebruikt om een ​​beeld te creëren met een resolutie die gelijk is aan die van een gigantische telescoop (een zeer grote telescoop, alsof hij zo groot is als de afstand tussen de verre locaties van individuele telescopen).

De wetenschappers van de EHT hebben wereldwijd de krantenkoppen gehaald in 2019 Toen ze het eerste directe beeld onthulden van het achterste gat in het centrum van het M87-stelsel. Twee jaar later brachten EHT-onderzoekers een nieuwe afbeelding van hetzelfde zwarte gat uit, deze keer laten ze zien hoe het eruit zag gepolariseerd licht. Het vermogen om meet deze polarisatie Voor het eerst heeft de handtekening van magnetische velden aan de rand van een zwart gat nieuw inzicht opgeleverd in hoe zwarte gaten materie opslokken en krachtige jets uit hun kernen uitzenden. Astronomen konden dat ook Bepaal de magnetische veldlijnen aan de binnenrand en bestudeer de interactie tussen materie die naar binnen stroomt en naar buiten explodeert.

En eerder deze maand pasten vier leden van de EHT-samenwerking een nieuwe machine learning-techniek, PRIMO (principal component interferometry modeling) genaamd, toe op de oorspronkelijke gegevens van 2017, waardoor dat beroemde beeld ontstond haar eerste transformatie. PRIMO analyseerde meer dan 30.000 gesimuleerde beelden van zwarte gaten die gas aangroeien, rekening houdend met verschillende modellen van hoe deze aangroei van materie zou kunnen plaatsvinden. De structurele patronen werden gesorteerd op hoe vaak ze in de simulaties voorkwamen, en vervolgens mengde PRIMO ze om een ​​nieuw beeld met hoge resolutie van het zwarte gat te produceren.

Deze nieuwe afbeelding van de GMVA-samenwerking maakt gebruik van radio-emissies van verschillende golflengten, verzameld op 14-15 april 2018. Terwijl het telescoopraster van de EHT is afgestemd op een resolutie van 1,3 mm, zijn de telescopen van de GMVA ingesteld op 3,5 mm. Ter vergelijking: een stro-observatoriumastronoom Beschrijving van Jeffrey Cruz EHT stelde het origineel voor als “Made in FM”, terwijl dit nieuwe GMVA-beeld “van AM kwam”, en voegde eraan toe: “Vertel samen een verhaal, het is samen een beter verhaal.”

Omdat de GMVA-telescopen zich langs de aardas van oost naar west bevinden, zijn de gegevens van Groenlandse telescoop naar het noorden en Atacama grote millimeter/meter array ALMA is opgenomen in het zuiden om het plaatje compleet te maken. Dit stelde de astronomen in staat om de schaduw van het zwarte gat vast te leggen en tegelijkertijd de emissiestralen beter te zien. Gegevens van al deze telescopen werden gesynchroniseerd met behulp van interferometrie, en verschillende beeldverwerkingsalgoritmen, waaronder de spaarzame interferometrische beeldvormingsbibliotheek ontwikkeld door Akiyama, werden toegepast om het uiteindelijke beeld te produceren.

De gloeiende ring die voor het eerst in beeld werd gebracht door de EHT is het resultaat van materie die rond het zwarte gat draait. Deze materie warmt op en de sterke zwaartekracht van het zwarte gat buigt het uitgezonden licht om zich heen om een ​​ring van licht te vormen met een donker gebied in het midden – de schaduw van het zwarte gat. Maar de GMVA-afbeelding toont een ring die 50 procent boller is dan in de originele EHT-afbeelding. Latere computersimulaties suggereren dat dit komt doordat het nieuwe beeld meer materiaal laat zien dat naar het zwarte gat valt, met name het oververhitte plasma van een omringende accretieschijf.

Er was ook een spoor van plasma dat zich uitstrekte van de centrale ring, hoogstwaarschijnlijk een deel van de jet die de ruimte in schoot. Terwijl astronomen al lang weten dat zwarte gaten zoals M87 krachtige materiestralen kunnen uitspugen, wordt de onderliggende fysica niet volledig begrepen, en het is van vitaal belang om te kunnen observeren waar de straal vandaan komt in de buurt van het zwarte gat. Dankzij de resolutie van 3,5 millimeter van de GMVA konden de astronomen zien hoe de krachtige straal uit de gloeiende ring tevoorschijn kwam, waardoor voor het eerst werd onthuld dat de basis van de straal inderdaad met die ring was verbonden.

“Het opwindende is dat we nog steeds de schaduw van het zwarte gat zien, maar we beginnen ook een meer uitgestrekte jet te zien”, zei hij. zei Akiyama. “Om het plasma licht op deze golflengte te laten uitzenden, moet het erg heet zijn, dus elk deeltje in het plasma reist met bijna de lichtsnelheid. Dus de deeltjes worden versneld tot relativistische snelheden. En dat zien we in het geval van M87 , zet die jet uit en reist over een heel groot bereik.”

Toekomstige waarnemingen zullen gericht zijn op meer radiogolflengten om het wetenschappelijke verhaal van M87 verder uit te werken en astronomen bijvoorbeeld meer te vertellen over het temperatuurprofiel en de samenstelling van plasma met zwarte gaten.

DOI: Natuur, 2023. 10.1038 / s41586-023-05843-w (over DOI’s).