Een nieuw beeld van de Event Horizon Telescope-samenwerking, waarbij onderzoekers en telescopen van de Universiteit van Arizona betrokken zijn, heeft sterke en georganiseerde magnetische velden blootgelegd die spiraalvormig zijn vanaf de rand van het superzware zwarte gat Sagittarius A*, of Sgr A*.
De samenwerking met de Event Horizon Telescope (EHT), die in 2022 de eerste afbeelding presenteerde van Sagittarius A*, het zwarte gat in het centrum van onze Melkweg, heeft een nieuw beeld van het massieve object vastgelegd, dit keer in gepolariseerd licht. Voor het eerst hebben astronomen de polarisatie, een kenmerk van magnetische velden, zo dicht bij de rand van het zwarte gat kunnen meten. De lijnen markeren de oriëntatie van de polarisatie, die verband houdt met het magnetische veld rond de schaduw van het zwarte gat. Afbeelding tegoed: EHT-samenwerking
Voor het eerst gezien in gepolariseerd licht heeft deze nieuwe opname van het monster dat op de loer ligt in het centrum van ons Melkwegstelsel een magnetische veldstructuur onthuld die opvallend veel lijkt op die van een veel massiever zwart gat, bekend als M87*, in het centrum van het M87-stelsel, wat erop wijst dat sterke magnetische velden gemeenschappelijk kunnen zijn voor alle zwarte gaten. Deze gelijkenis duidt ook op een verborgen straalvliegtuig in Sgr A*. De resultaten werden op 27 maart gepubliceerd in het tijdschrift The Astrophysical Journal Letters.
Wetenschappers hebben de eerste afbeelding onthuld van Sgr A* – die ongeveer 27,000 lichtjaar van de aarde verwijderd is – in 2022, waaruit blijkt dat, hoewel het superzware zwarte gat in de Melkweg meer dan duizend keer kleiner en minder massief is dan dat van M87, het 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. Eerdere onderzoeken naar licht rond M87* onthulde dat de magnetische velden rond de zwarte gatreus kon hij krachtige materiaalstralen terug de omgeving in lanceren. Voortbouwend op dit werk hebben de nieuwe beelden onthuld dat hetzelfde zou kunnen gelden voor Sgr A*.
Boris Georgiev, een postdoctoraal onderzoeker van de EHT aan de UArizona Steward Observatory en co-auteur van het onderzoek, zei: “De consistentie van magnetische veldstructuren rond Sgr A* en M87* suggereert dat de processen waarmee zwarte gaten jets in hun omgeving voeden en uitstoten universeel kunnen zijn, ondanks hun enorme verschillen in grootte en grootte. massa."
“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, NASA Hubble Fellowship Program Einstein Fellow bij het Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian en co-leider 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 bewegende oscillatie van elektrische en magnetische velden waardoor we objecten kunnen zien. Soms oscilleert licht in een voorkeur
oriëntatie, ook wel gepolariseerd genoemd. Hoewel gepolariseerd licht ons omringt, is het voor het menselijk oog niet te onderscheiden van ‘normaal’ of niet-gepolariseerd 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 bepalen waarmee het zwarte gat zich voedt en uitwerpt”, zegt Angelo Ricarte, Harvard Black Hole. Initiatieffellow en co-leider van het project. “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. Dan Marrone, EHT co-hoofdonderzoeker en co-auteur van het artikel, hoogleraar astronomie aan Steward Observatory, en zijn team ontwikkelden voor dit resultaat instrumenten die de gepolariseerde radiogolven detecteerden.
“Net zoals gepolariseerd licht ons de oriëntatie kan vertellen van het oppervlak waar het vanaf weerkaatst, zoals ramen of wegen, kan het ons ook de oriëntatie van magnetische velden rond zwarte gaten laten zien,” zei Marrone. “Omdat de magnetische velden rond Sgr A* snel veranderen, was het een enorme uitdaging om EHT-waarnemingen om te zetten in gepolariseerde beelden. We zijn er erg trots op dat onze data voldoende informatie bevatten.”
Wetenschappers zeggen dat ze enthousiast zijn over beelden van beide superzware zwarte gaten in gepolariseerd licht, omdat deze beelden, en de gegevens die daarbij horen, nieuwe manieren bieden om zwarte gaten met verschillende afmetingen en omgevingen 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.
“Deze bevindingen helpen ons onze computermodellen en theorieën te verbeteren en geven ons een beter idee van wat er gebeurt met materie dichtbij de waarnemingshorizon van een zwart gat,” voegde co-auteur eraan toe. Chi-kwan Chan, een hoogleraar astronomie aan de UArizona die zich richt op theoretische modellering van zwarte gaten.
De EHT heeft sinds 2017 verschillende waarnemingen uitgevoerd. Elk jaar verbeteren de beelden naarmate de EHT nieuwe telescopen, een grotere bandbreedte en nieuwe waarnemingsfrequenties bevat.
“We ontwikkelen hardware en software om EHT-waarnemingen te automatiseren, waardoor de EHT in de toekomst vaker waarnemingen kan doen om films van zwarte gaten vast te leggen”, zegt Amy Lowitz, een EHT-onderzoek wetenschapper bij Steward Observatory, die het EHT Agility Project leidt.
Dergelijke observaties, die meerdere maanden bestrijken, zijn volgens hem een van de belangrijkste doelstellingen van de EHT voor de komende jaren Remo Tilanus, een professor aan de UArizona en de EHT-operationsmanager die toezicht houdt op de observatiecampagnes en technische ontwikkelingen.
“Met de mogelijkheden van het Agility Project zouden we materiaal rond M87* moeten kunnen zien rondwervelen en in zijn jets worden uitgeworpen”, aldus Tilanus.
Geplande uitbreidingen voor het komende decennium zullen ook hifi-films mogelijk maken, een verborgen jet in Sgr A* onthullen en astronomen in staat stellen soortgelijke polarisatiekenmerken in andere zwarte gaten waar te nemen. Er zijn zelfs plannen in de maak om de EHT uit te breiden naar de ruimte, wat veel scherpere beelden van zwarte gaten oplevert en veel krachtiger onderzoek mogelijk maakt naar de rotatie van zwarte gaten en de mechanismen die de jets van zwarte gaten aandrijven.
De EHT zal in april Sgr A* opnieuw observeren, waardoor het EHT UArizona-team druk bezig zal zijn. Samen met Lowitz en Georgiev, postdoctoraal onderzoeker Andreas Thomas West en afstudeerder Jasmijn Washington bereiden momenteel de Submillimeter Telescope op Mount Graham en de 12-meter radiotelescoop van het Arizona Radio Observatory op Kitt Peak voor op de komende observatie.
Washington, die als eerstejaarsstudent aan de observatiecampagne van 2021 deelnam, zei dat ze van de ervaring genoot en opgewonden is om dit jaar terug te kunnen keren.
"We zullen met meer telescopen waarnemen dan ooit tevoren, waardoor we een betere dekking en meer gevoeligheid krijgen om deze gepolariseerde metingen uit te voeren," zei ze.
West voegde hieraan toe: “Het meten met zeer hoge nauwkeurigheid hoe deze bronnen zijn veranderd sinds ze voor het laatst werden waargenomen, zal onze modellen informeren en ons in staat stellen fundamentele vragen over de fysica in deze extreme omgevingen te beantwoorden – het is erg spannend!”
