De Event Horizon Telescope (EHT) samenwerking, die het allereerste beeld van een zwart gat produceerde, heeft vandaag een nieuwe kijk op het massieve object in het centrum van het Messier 87 (M87) sterrenstelsel onthuld:hoe het eruitziet in gepolariseerd licht. Dit is de eerste keer dat astronomen polarisatie kunnen meten, een handtekening van magnetische velden, zo dicht bij de rand van een zwart gat. De waarnemingen zijn essentieel om uit te leggen hoe het M87-sterrenstelsel, op 55 miljoen lichtjaar afstand, is in staat om vanuit de kern energetische jets te lanceren.

"We zien nu het volgende cruciale bewijs om te begrijpen hoe magnetische velden zich rond zwarte gaten gedragen, en hoe activiteit in dit zeer compacte gebied van de ruimte krachtige jets kan aandrijven die zich tot ver buiten de melkweg uitstrekken, " zegt Monika Moscibrodzka, Coördinator van de EHT Polarimetry Working Group en Universitair Docent aan de Radboud Universiteit in Nederland.

Op 10 april 2019, wetenschappers hebben de eerste afbeelding van een zwart gat vrijgegeven, onthullende een heldere ringachtige structuur met een donker centraal gebied - de schaduw van het zwarte gat. Vanaf dat moment, de EHT-samenwerking is dieper ingegaan op de gegevens over het superzware object in het hart van het M87-sterrenstelsel dat in 2017 is verzameld. Ze hebben ontdekt dat een aanzienlijk deel van het licht rond het M87 zwarte gat gepolariseerd is.

"Dit werk is een belangrijke mijlpaal:de polarisatie van licht bevat informatie die ons in staat stelt de fysica achter het beeld dat we in april 2019 zagen, beter te begrijpen, wat voorheen niet mogelijk was, " legt Iván Martí-Vidal uit, tevens coördinator van de EHT Polarimetry Working Group en GenT-onderzoeker aan de Universiteit van Valencia, Spanje. Hij zegt, "De onthulling van dit nieuwe beeld van gepolariseerd licht vergde jaren werk vanwege de complexe technieken die betrokken zijn bij het verkrijgen en analyseren van de gegevens."

Licht wordt gepolariseerd wanneer het door bepaalde filters gaat, zoals de lenzen van gepolariseerde zonnebrillen, of wanneer het wordt uitgezonden in hete gebieden van de ruimte waar magnetische velden aanwezig zijn. Op dezelfde manier dat gepolariseerde zonnebrillen het zicht verbeteren door reflecties en schittering van heldere oppervlakken te verminderen, astronomen kunnen hun zicht op het gebied rond het zwarte gat verscherpen door te kijken hoe het licht dat eruit voortkomt gepolariseerd is. specifiek, polarisatie stelt astronomen in staat om de magnetische veldlijnen aan de binnenrand van het zwarte gat in kaart te brengen.

"De nieuw gepubliceerde gepolariseerde afbeeldingen zijn essentieel om te begrijpen hoe het magnetische veld het zwarte gat in staat stelt om materie te 'eten' en krachtige jets te lanceren, " zegt EHT-samenwerkingslid Andrew Chael, een NASA Hubble Fellow bij het Princeton Center for Theoretical Science en het Princeton Gravity Initiative in de VS.

De heldere stralen van energie en materie die uit de kern van M87 komen en zich minstens 5 uitstrekken, 000 lichtjaar van het centrum zijn een van de meest mysterieuze en energetische kenmerken van de melkweg. De meeste materie die dicht bij de rand van een zwart gat ligt, valt erin. sommige van de omringende deeltjes ontsnappen vlak voordat ze worden gevangen en worden ver de ruimte in geblazen in de vorm van jets.

Astronomen hebben vertrouwd op modellen van het gedrag van materie in de buurt van het zwarte gat om dit proces beter te begrijpen. Maar ze weten nog steeds niet precies hoe jets groter dan de melkweg zelf worden gelanceerd vanuit het centrale gebied, die qua grootte vergelijkbaar is met het zonnestelsel, noch hoe, precies, materie valt in het zwarte gat. Met het nieuwe EHT-beeld van het zwarte gat en zijn schaduw in gepolariseerd licht, astronomen slaagden er voor het eerst in om in het gebied net buiten het zwarte gat te kijken, waar dit samenspel tussen materie die naar binnen stroomt en wordt uitgestoten, plaatsvindt.

De waarnemingen geven nieuwe informatie over de opbouw van de magnetische velden net buiten het zwarte gat. Het team ontdekte dat alleen theoretische modellen met sterk gemagnetiseerd gas kunnen verklaren wat ze aan de waarnemingshorizon zien.

"De waarnemingen suggereren dat de magnetische velden aan de rand van het zwarte gat sterk genoeg zijn om het hete gas terug te duwen en het te helpen de aantrekkingskracht van de zwaartekracht te weerstaan. Alleen het gas dat door het veld glipt, kan naar binnen spiraalsgewijs naar de waarnemingshorizon, " legt Jason Dexter uit, assistent-professor aan de Universiteit van Colorado Boulder, ONS, en coördinator van de EHT Theorie Werkgroep.

Om het hart van het M87-sterrenstelsel te observeren, de samenwerking koppelde acht telescopen over de hele wereld, waaronder de in het noorden van Chili gevestigde Atacama Large Millimeter/submillimeter Array en het Atacama Pathfinder EXperiment, waarin de European Southern Observatory (ESO) een partner is – om een ​​virtuele telescoop op aarde te creëren, de EHT. De indrukwekkende resolutie die met de EHT wordt verkregen, is gelijk aan die welke nodig is om de lengte van een creditcard op het oppervlak van de maan te meten.

"Met ALMA en APEX, die door hun zuidelijke ligging de beeldkwaliteit verbeteren door geografische spreiding toe te voegen aan het EHT-netwerk, Europese wetenschappers konden een centrale rol spelen in het onderzoek, " zegt Ciska Kemper, European ALMA Program Scientist bij ESO. "Met zijn 66 ​​antennes, ALMA domineert de algehele signaalverzameling in gepolariseerd licht, terwijl APEX essentieel is geweest voor de kalibratie van het beeld."

"ALMA-gegevens waren ook cruciaal om te kalibreren, de EHT-waarnemingen in beeld brengen en interpreteren, het verstrekken van strakke beperkingen op de theoretische modellen die verklaren hoe materie zich gedraagt ​​​​in de buurt van de gebeurtenishorizon van het zwarte gat, " voegt Ciriaco Goddi toe, een wetenschapper aan de Radboud Universiteit en de Sterrewacht Leiden, Nederland, die een begeleidend onderzoek leidde dat alleen gebaseerd was op ALMA-waarnemingen.

Dankzij de EHT-opstelling kon het team de schaduw van het zwarte gat en de ring van licht eromheen direct observeren. De nieuwe afbeelding met gepolariseerd licht laat duidelijk zien dat de ring gemagnetiseerd is. De resultaten worden vandaag gepubliceerd in twee afzonderlijke papers in Astrofysische journaalbrieven door de EHT-samenwerking. Bij het onderzoek waren meer dan 300 onderzoekers van meerdere organisaties en universiteiten wereldwijd betrokken.

"De EHT maakt snelle vorderingen, met technologische upgrades die worden gedaan aan het netwerk en nieuwe observatoria worden toegevoegd. We verwachten dat toekomstige EHT-waarnemingen de magnetische veldstructuur rond het zwarte gat nauwkeuriger zullen onthullen en ons meer zullen vertellen over de fysica van het hete gas in deze regio, " concludeert EHT-samenwerkingslid Jongho Park, een East Asian Core Observatories Association Fellow aan het Academia Sinica Institute of Astronomy and Astrophysics in Taipei.

Dit onderzoek werd gepresenteerd in twee artikelen van de EHT-samenwerking die vandaag is gepubliceerd in The Astrofysische journaalbrieven :"First M87 Event Horizon Telescope Results VII:Polarization of the Ring" (DOI:10.3847/2041-8213/abe71d) en "First M87 Event Horizon Telescope Results VIII:Magnetic Field Structure Near The Event Horizon" (DOI:10.3847/2041 -8213/abe4de ). Begeleidend onderzoek wordt gepresenteerd in de paper "Polarimetric properties of Event Horizon Telescope targets from ALMA" (DOI:10.3847/2041-8213/abee6a) door Goddi, Martí-Vidal, Messias, en de EHT-samenwerking, die is geaccepteerd voor publicatie in The Astrofysische journaalbrieven .