Η Μαύρη Τρύπα φαίνεται καθαρά σε ιστορική νέα άμεση εικόνα

Χρησιμοποιώντας το τηλεσκόπιο Event Horizon (EHT) για να παρατηρήσουν την υπερμεγέθη μαύρη τρύπα στο κέντρο του γαλαξία Messier 87 (M87), οι αστρονόμοι δημιούργησαν για άλλη μια φορά μια πρώτη πρωτιά στον τομέα της αστρονομίας και της κοσμολογίας.

Σε συνέχεια της εικόνας της μαύρης τρύπας του M87 που δημοσιεύτηκε πριν από δύο χρόνια –την πρώτη φορά που απεικονίστηκε απευθείας μια μαύρη τρύπα– οι αστρονόμοι της συνεργασίας EHT απαθανάτισαν μια εκπληκτική εικόνα της ίδιας μαύρης τρύπας, αυτή τη φορά σε πολωμένο φως.

Το επίτευγμα σηματοδοτεί κάτι περισσότερο από μια εντυπωσιακά ευκρινή και καθαρή δεύτερη εικόνα αυτής της μαύρης τρύπας, ωστόσο, αντιπροσωπεύει επίσης ότι οι ερευνητές για πρώτη φορά κατάφεραν να συλλάβουν την πόλωση του φωτός γύρω από ένα τέτοιο αντικείμενο.

Όχι μόνο αυτό αποκαλύπτει λεπτομέρειες του μαγνητικού πεδίου που περιβάλλει την υπερμεγέθη μαύρη τρύπα, αλλά θα μπορούσε επίσης να δώσει στους κοσμολόγους το κλειδί για να εξηγήσουν πώς εκτοξεύονται ενεργητικοί πίδακες από τον πυρήνα αυτού του μακρινού γαλαξία.

«Το M87 είναι ένα πραγματικά ιδιαίτερο αντικείμενο! Συνδέεται για τη μεγαλύτερη μαύρη τρύπα στον ουρανό με τη μαύρη τρύπα στον γαλαξία μας – τον ​​Τοξότη Α*», λέει ο Geoffrey C. Bower, επιστήμονας του προγράμματος EHT και βοηθός ερευνητής αστρονόμος στο Ινστιτούτο Αστρονομίας και Αστροφυσικής Academia Sinica. ZME Science. «Είναι περίπου χίλιες φορές πιο μακριά αλλά και χίλιες φορές πιο μαζικό.

Μαζί με τη Monika Mościbrodzka, Συντονίστρια της Ομάδας Εργασίας EHT Polarimetry και Επίκουρη Καθηγήτρια στο Πανεπιστήμιο Radboud, Ολλανδία, ο Bower είναι ένας από τους συγγραφείς σε δύο εργασίες που περιγράφουν λεπτομερώς την ανακάλυψη που δημοσιεύτηκε στην τελευταία έκδοση του The Astrophysical Journal Letters .

«Βλέπουμε τώρα το επόμενο κρίσιμο στοιχείο για να κατανοήσουμε πώς συμπεριφέρονται τα μαγνητικά πεδία γύρω από τις μαύρες τρύπες και πώς η δραστηριότητα σε αυτή την πολύ συμπαγή περιοχή του διαστήματος μπορεί να οδηγήσει ισχυρούς πίδακες που εκτείνονται πολύ πέρα ​​από τον γαλαξία», λέει ο Mościbrodzka.

"Δεν έχουμε δει ποτέ μαγνητικά πεδία τόσο κοντά στον ορίζοντα γεγονότων", λέει ο αστρονόμος στο ZME Science .

«Τώρα, για πρώτη φορά, έχουμε πληροφορίες για το πώς οι γραμμές του μαγνητικού πεδίου προσανατολίζονται κοντά στον ορίζοντα γεγονότων και πόσο ισχυρά είναι αυτά τα μαγνητικά πεδία. Όλες αυτές οι πληροφορίες είναι νέες."

Deeper Into the Heart of M87

Η κυκλοφορία της πρώτης εικόνας μιας μαύρης τρύπας στις 10 Απριλίου 2019 σηματοδότησε ένα γεγονός ορόσημο στην επιστήμη και έκτοτε, η ομάδα πίσω από αυτήν την εικόνα εργάστηκε σκληρά για να εμβαθύνει στη μαύρη τρύπα του M87. Αυτή η δεύτερη εικόνα είναι το αποκορύφωμα αυτής της αναζήτησης. Η παρατήρηση του πολωμένου φωτός μας επιτρέπει να κατανοήσουμε καλύτερα τις πληροφορίες σε αυτήν την προηγούμενη εικόνα και τη φυσική των μαύρων οπών.

«Το φως είναι ένα ηλεκτρομαγνητικό κύμα που έχει πλάτος και κατεύθυνση ταλάντωσης ή πόλωσης», εξηγεί ο Mościbrodzka. "Με το EHT παρατηρήσαμε ότι το φως στον περιβάλλοντα δακτύλιο του M87 είναι πολωμένο που σημαίνει ότι η ταλάντωση των κυμάτων έχει μια προτιμώμενη κατεύθυνση." τρύπα. Η πόλωση συμβαίνει όταν το φως διέρχεται μέσα από ένα φίλτρο –σκεφτείτε τα πολωμένα γυαλιά ηλίου που εμποδίζουν το φως και έτσι σας δίνουν μια πιο καθαρή θέαση– επομένως η πόλωση του φωτός σε αυτήν την εικόνα εξηγεί αυτή την καθαρότερη άποψη της μαύρης τρύπας του M87, η οποία αποκαλύπτει πολλές πληροφορίες για η ίδια η μαύρη τρύπα.

Η λήψη μιας τέτοιας εικόνας πολωμένου φωτός σε απόσταση 55 εκατομμυρίων ετών φωτός δεν είναι κάτι κακό, και είναι δυνατή μόνο με τα οκτώ συνδεδεμένα τηλεσκόπια σε όλο τον κόσμο που αποτελούν το EHT. Μαζί αυτά τα τηλεσκόπια –συμπεριλαμβανομένων των 66 κεραιών της συστοιχίας Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA)– σχηματίζουν ένα εικονικό τηλεσκόπιο που είναι τόσο μεγάλο όσο η ίδια η Γη με ανάλυση ισοδύναμη με την ανάγνωση μιας επαγγελματικής κάρτας στη Σελήνη.

«Ως εικονικό τηλεσκόπιο που είναι ουσιαστικά τόσο μεγάλο όσο ο πλανήτης μας, το EHT έχει ισχύ ανάλυσης από κανένα άλλο τηλεσκόπιο», λέει ο Mościbrodzka. «Το EHT παρατηρεί την άκρη αυτού που είναι γνωστό στους ανθρώπους, την άκρη του χώρου και του χρόνου. Και για δεύτερη φορά, μας επέτρεψε να φέρουμε στο κοινό τις εικόνες αυτής της μαύρης τρύπας."

Αυτή η εικόνα –όπως δείχνει η παραπάνω σύγκριση– έχει βελτιωθεί πάρα πολύ με τη βαθμονόμηση με δεδομένα παρέχεται από το Atacama Pathfinder EXperiment (APEX).

Φυσικά, αυτά τα μαγνητικά πεδία είναι υπεύθυνα για πολλά περισσότερα από το να μας δίνουν απλώς μια κρυστάλλινη εικόνα της μαύρης τρύπας που περιβάλλουν. Διέπουν επίσης πολλές από τις φυσικές διαδικασίες που κάνουν τις μαύρες τρύπες τόσο ισχυρά και συναρπαστικά γεγονότα—συμπεριλαμβανομένου ενός από τα πιο μυστηριώδη χαρακτηριστικά του M87.

Πώς τα μαγνητικά πεδία βοηθούν τις μαύρες τρύπες να "τροφοδοτούν"

Ο γαλαξίας M87 –55 εκατομμύρια έτη φωτός από τη Γη– είναι αξιοσημείωτος για τους ισχυρούς αστροφυσικούς πίδακες του που εκτοξεύονται από τον πυρήνα του και εκτείνονται για 5000 έτη φωτός. Οι ερευνητές πιστεύουν ότι αυτοί οι πίδακες προκαλούνται όταν μέρος της ύλης στην άκρη της μαύρης τρύπας διαφεύγει από την κατανάλωση.

Ενώ άλλη ύλη πέφτει στην επιφάνεια της κεντρικής μαύρης τρύπας και εξαφανίζεται στην κεντρική ιδιομορφία, αυτή η ύλη που διαφεύγει εκτοξεύεται στο διάστημα ως αυτοί οι αξιόλογοι πίδακες.

Παρόλο που αυτή είναι μια περισσότερο από εύλογη εξήγηση, εξακολουθούν να υπάρχουν πολλά ερωτήματα σχετικά με τη διαδικασία, δηλαδή πώς μια περιοχή που δεν είναι μεγαλύτερη από το ηλιακό μας σύστημα δημιουργεί πίδακες μεγαλύτερου μήκους από ολόκληρο τον γαλαξία που την περιβάλλει.

Αυτή η εικόνα του πολωμένου φωτός γύρω από τη μαύρη τρύπα του M87 που προσφέρει μια ματιά σε αυτήν την εσωτερική περιοχή δίνει τελικά στους επιστήμονες την ευκαιρία να απαντήσουν σε αυτά τα μυστήρια.

«Η μαγνητόσφαιρα του πλανήτη μας εμποδίζει τα ιονισμένα σωματίδια που εκπέμπονται από τον Ήλιο να φτάσουν στην επιφάνεια της Γης. Με τον ίδιο τρόπο, τα ισχυρά μαγνητικά πεδία της μαύρης τρύπας μπορούν να αποτρέψουν ή να επιβραδύνουν τη συσσώρευση ύλης στη μαύρη τρύπα», λέει ο Bowers. «Αυτά τα ισχυρά μαγνητικά πεδία είναι επίσης ισχυρά για τη δημιουργία πίδακες σωματιδίων που ρέουν κοντά στην ταχύτητα του φωτός μακριά από τη μαύρη τρύπα».

Ωστόσο, μετριάζοντας τη διαδικασία τροφοδοσίας των κεντρικών τους μαύρων οπών, αυτά τα μαγνητικά πεδία μπορεί να έχουν μια επιρροή που, όπως και οι πίδακες που δημιουργούν, μπορεί να επεκταθούν ακόμη περισσότερο από το ίδιο το M87. Θα μπορούσαν να επηρεάσουν ολόκληρο το γαλαξιακό σμήνος.

Αυτό σημαίνει ότι η καλύτερη κατανόηση των μαγνητικών πεδίων γύρω από τη μαύρη τρύπα του M87 παρέχει επίσης στους ερευνητές μια βελτιωμένη κατανόηση του τρόπου συμπεριφοράς της ύλης στην άκρη αυτής της μαύρης τρύπας και ίσως του πώς τέτοια πράγματα επηρεάζουν τους γειτονικούς γαλαξίες και την εξέλιξή τους.

Και από την εικόνα της μαύρης τρύπας του M87 που ανέπτυξε η ομάδα EHT, φαίνεται ξεκάθαρο ότι από τα διάφορα μοντέλα που έχουν αναπτύξει οι κοσμολόγοι για να περιγράψουν την αλληλεπίδραση της ύλης στην άκρη των μαύρων οπών, μόνο εκείνα που διαθέτουν έντονα μαγνητισμένα αέρια μπορούν να εξηγήσουν την παρατήρησή της. χαρακτηριστικά.

"Έχουμε τώρα μια καλύτερη ιδέα για τη φυσική διαδικασία στο δαχτυλίδι που είναι ορατή στην εικόνα", λέει ο Mościbrodzka. «Τώρα γνωρίζουμε με μεγαλύτερη ακρίβεια πόσο ισχυρά μαγνητικά πεδία μπορεί να είναι κοντά σε μια μαύρη τρύπα. Γνωρίζουμε επίσης με μεγαλύτερη ακρίβεια με ποιο ρυθμό η μαύρη τρύπα καταπίνει την ύλη. Και έχουμε μια καλύτερη ιδέα για το πώς μπορεί να μοιάζει η μαύρη τρύπα στο μέλλον.»

Όσον αφορά το τι θα ακολουθήσει για την απεικόνιση της μαύρης τρύπας, τόσο ο Mościbrodzka όσο και ο Bowers είναι ξεκάθαροι. Έχουν στραμμένο το βλέμμα τους σε μια μαύρη τρύπα που είναι πιο κοντά στο σπίτι από την M87 – αυτή που βρίσκεται στο κέντρο του Γαλαξία μας, η οποία, παρά το γεγονός ότι είναι πιο κοντά στο σπίτι, θα μπορούσε να είναι πιο σκληρή από την άποψη της απεικόνισης.

«Εργαζόμαστε σκληρά για ένα πρόβλημα που ξέρουμε ότι όλοι θέλουν να δουν. μια εικόνα της μαύρης τρύπας στο κέντρο του γαλαξία μας», λέει ο Bowers. «Αυτό είναι πραγματικά δύσκολο γιατί το αέριο γύρω από τη μαύρη τρύπα κινείται τόσο γρήγορα που η εικόνα μπορεί να αλλάζει στην ίδια χρονική κλίμακα που χρειάζεται για να τραβήξουμε τη φωτογραφία μας. Πιστεύουμε ότι ξέρουμε πώς να χειριστούμε αυτό το πρόβλημα, αλλά απαιτεί πολλή τεχνική καινοτομία.”

Δεδομένων των προόδων που έχουν ήδη γίνει από την ομάδα συνεργασίας της EHT, δεν θα ήταν συνετό να στοιχηματίσουμε εναντίον της για την επίτευξη αυτού του υψηλού στόχου κάποια στιγμή στο όχι και τόσο μακρινό μέλλον.

«Έχουμε περάσει από το να φανταζόμαστε τι συμβαίνει γύρω από τις μαύρες τρύπες στο να το απεικονίζουμε πραγματικά!» καταλήγει ο Μπάουερς. «Στο εγγύς μέλλον, θα είμαστε σε θέση να δείξουμε μια ταινία υλικού που περιστρέφεται γύρω από τη μαύρη τρύπα και εκτινάσσεται σε πίδακα. Δεν πίστευα ποτέ ότι θα έβλεπα κάτι τέτοιο.