Wetenschap
Astronomen onthullen sterke magnetische velden die ronddraaien aan de rand van het centrale zwarte gat van de Melkweg
Deze nieuwe opname van het monster dat in het hart van het Melkwegstelsel op de loer ligt, voor het eerst in gepolariseerd licht gezien, heeft een magnetische veldstructuur onthuld die opvallend veel lijkt op die van het zwarte gat in het centrum van het M87-stelsel. velden kunnen gemeenschappelijk zijn voor alle zwarte gaten. Deze gelijkenis duidt ook op een verborgen straalvliegtuig in Sgr A*.
De resultaten zijn gepubliceerd in The Astrophysical Journal Letters .
Wetenschappers onthulden in 2022 de eerste afbeelding van Sgr A* – die ongeveer 27.000 lichtjaar verwijderd is van de aarde – en onthulden dat het superzware zwarte gat in de Melkweg weliswaar meer dan duizend keer kleiner en minder zwaar is dan dat van M87, maar er opmerkelijk veel op lijkt .
Dit zorgde ervoor dat wetenschappers zich afvroegen of de twee gemeenschappelijke kenmerken gemeen hadden buiten hun uiterlijk. Om daar achter te komen besloot het team Sgr A* in gepolariseerd licht te bestuderen. Uit eerder lichtonderzoek rond M 87* bleek dat de magnetische velden rondom de reus van het zwarte gat het mogelijk maakten krachtige materiaalstralen terug de omgeving in te sturen. Voortbouwend op dit werk hebben de nieuwe beelden onthuld dat hetzelfde zou kunnen gelden voor Sgr A*.
‘Wat we nu zien is dat er sterke, verwrongen en georganiseerde magnetische velden zijn nabij het zwarte gat in het centrum van de Melkweg’, zegt Sara Issaoun, CfA NASA Hubble Fellowship Program Einstein Fellow, Smithsonian Astrophysical Observatory (SAO ) astrofysicus en medeleider van het project.
‘Samen met het feit dat Sgr A* een opvallend vergelijkbare polarisatiestructuur heeft als die in het veel grotere en krachtigere zwarte gat M87*, hebben we geleerd dat sterke en geordende magnetische velden van cruciaal belang zijn voor de manier waarop zwarte gaten interageren met het gas en de materie eromheen. hen."
Licht is een oscillerende of bewegende, elektromagnetische golf waarmee we objecten kunnen zien. Soms oscilleert licht in een voorkeursoriëntatie, en we noemen het 'gepolariseerd'. Hoewel gepolariseerd licht ons omringt, is het voor het menselijk oog niet te onderscheiden van ‘normaal’ licht.
In het plasma rond deze zwarte gaten zorgen deeltjes die rond magnetische veldlijnen wervelen voor een polarisatiepatroon loodrecht op het veld. Hierdoor kunnen astronomen in steeds levendiger detail zien wat er gebeurt in de gebieden van zwarte gaten en hun magnetische veldlijnen in kaart brengen.
‘Door gepolariseerd licht van heet gloeiend gas in de buurt van zwarte gaten in beeld te brengen, leiden we rechtstreeks de structuur en sterkte af van de magnetische velden die de stroom van gas en materie vormen waarmee het zwarte gat zich voedt en uitwerpt’, zegt Harvard Black Hole Initiative Fellow en medeprojectleider Angelo Ricarte. "Gepolariseerd licht leert ons veel meer over de astrofysica, de eigenschappen van het gas en de mechanismen die plaatsvinden als een zwart gat zich voedt."
Maar het in beeld brengen van zwarte gaten in gepolariseerd licht is niet zo eenvoudig als het opzetten van een gepolariseerde zonnebril, en dit geldt vooral voor Sgr A*, dat zo snel verandert dat het niet stil blijft zitten voor foto's. Voor het in beeld brengen van het superzware zwarte gat zijn geavanceerde instrumenten nodig die verder gaan dan de instrumenten die voorheen werden gebruikt voor het vastleggen van M87*, een veel stabieler doelwit.
CfA-postdoctoraal fellow en SAO-astrofysicus Paul Tiede zei:"Het is opwindend dat we überhaupt een gepolariseerd beeld van Sgr A* hebben kunnen maken. Het eerste beeld vergde maanden van uitgebreide analyse om de dynamische aard ervan te begrijpen en de gemiddelde structuur ervan te onthullen."
‘Het maken van een gepolariseerd beeld vergroot de uitdaging van de dynamiek van de magnetische velden rond het zwarte gat. Onze modellen voorspelden vaak zeer turbulente magnetische velden, waardoor het uiterst moeilijk werd om een gepolariseerd beeld te construeren. Gelukkig is ons zwarte gat veel rustiger, waardoor de eerste afbeelding die mogelijk is."
Wetenschappers zijn enthousiast over de beelden van beide superzware zwarte gaten in gepolariseerd licht, omdat deze beelden en de bijbehorende gegevens nieuwe manieren bieden om zwarte gaten van verschillende groottes en massa's te vergelijken en te contrasteren. Naarmate de technologie verbetert, zullen de beelden waarschijnlijk nog meer geheimen van zwarte gaten en hun overeenkomsten of verschillen onthullen.
Michi Bauböck, postdoctoraal onderzoeker aan de Universiteit van Illinois Urbana-Champaign, zei:"M87* en Sgr A* verschillen op een paar belangrijke manieren:M87* is veel groter en trekt veel sneller materie uit zijn omgeving aan. We hadden dus misschien verwacht dat de magnetische velden er ook heel anders uit zouden zien. Maar in dit geval bleken ze behoorlijk op elkaar te lijken, wat zou kunnen betekenen dat deze structuur gemeenschappelijk is voor alle zwarte gaten.'
"Een beter begrip van de magnetische velden in de buurt van zwarte gaten helpt ons verschillende open vragen te beantwoorden - van hoe jets worden gevormd en gelanceerd tot de kracht van de heldere uitbarstingen die we zien in infrarood- en röntgenlicht."
De EHT heeft sinds 2017 verschillende waarnemingen uitgevoerd en zal Sgr A* in april 2024 opnieuw waarnemen. Elk jaar verbeteren de beelden naarmate de EHT nieuwe telescopen, een grotere bandbreedte en nieuwe waarnemingsfrequenties bevat. Geplande uitbreidingen voor het komende decennium zullen hifi-films van Sgr A* mogelijk maken, een verborgen jet onthullen en astronomen in staat stellen vergelijkbare polarisatiekenmerken in andere zwarte gaten waar te nemen. Ondertussen zal het uitbreiden van de EHT naar de ruimte scherpere beelden van zwarte gaten opleveren dan ooit tevoren.
De CfA leidt verschillende grote initiatieven om de EHT de komende tien jaar sterk te verbeteren. Het EHT-project (ngEHT) van de volgende generatie voert een transformatieve upgrade van de EHT uit, met als doel meerdere nieuwe radioschotels online te brengen, gelijktijdige meerkleurige observaties mogelijk te maken en de algehele gevoeligheid van de array te vergroten.
Dankzij de ngEHT-uitbreiding kan de array real-time films maken van superzware zwarte gaten op de schaal van de gebeurtenishorizon. Deze films zullen de gedetailleerde structuur en dynamiek nabij de horizon van de gebeurtenis weergeven, waarbij de door de Algemene Relativiteitstheorie voorspelde zwaartekrachtkenmerken van het 'sterke veld' in beeld worden gebracht, evenals het samenspel van accretie en relativistische straallanceringen die grootschalige structuren in het universum vormgeven. /P>
Ondertussen zal het Black Hole Explorer (BHEX) missieconcept de EHT uitbreiden naar de ruimte, waardoor de scherpste beelden in de geschiedenis van de astronomie worden geproduceerd. BHEX zal de detectie en beeldvorming van de "fotonring" mogelijk maken, een scherp ringelement dat wordt gevormd door emissie met sterke lenzen rond zwarte gaten.
De eigenschappen van een zwart gat zijn vastgelegd in de grootte en vorm van de fotonenring, waardoor massa's en spins van tientallen zwarte gaten zichtbaar worden en op hun beurt wordt getoond hoe deze vreemde objecten groeien en interageren met hun gaststelsels.