Ny vy av det supermassiva svarta hålet i hjärtat av Vintergatan antyder en spännande dold funktion (Bild)

Astronomer har fångat den första glimten av polariserat ljus och de magnetiska fälten som omger Skytten A* (Sgr A*), det supermassiva svarta hålet i hjärtat av Milly Way.

Historiska observationer med Event Horizon Telescope (EHT) har visat att de prydligt ordnade magnetfälten har likheter med de som omger det supermassiva svarta hålet i hjärtat av galaxen M87. Detta är förvånande med tanke på att Sgr A* har en massa på cirka 4,3 miljoner solmassor, men M87* är mycket mer monstruös, med en massa som motsvarar cirka 6,5 ​​miljarder solmassor.

Den nya EHT-observationen av Sgr A* tyder därför på att starka och välorganiserade magnetfält kan vara gemensamma för alla svarta hål. Eftersom M87*s magnetfält också driver starka utflöden, eller “jets”, tyder resultaten på att Sgr A* kan ha en egen dold och svag stråle.

Relaterad: Rymdteleskopet James Webb upptäcker ett “extremt rött” supermassivt svart hål som växer i det tidiga universum

Det supermassiva svarta hålet i hjärtat av Vintergatan, Sgr A*, sett i polariserat ljus för första gångenDet supermassiva svarta hålet i hjärtat av Vintergatan, Sgr A*, sett i polariserat ljus för första gången

Det supermassiva svarta hålet i hjärtat av Vintergatan, Sgr A*, sett i polariserat ljus för första gången

“Denna nya bild av det svarta hålet i mitten av vår Vintergatan, Sgr A*, berättar för oss att det finns starka, vridna och ordnade magnetfält nära det svarta hålet”, säger Sara Issaoun, forskningsmedledare och NASA Hubble Fellowship Program Einstein Fellow vid Center for Astrophysics (CfA) vid Harvard & Smithsonian sa till Space.com: “Vi har under en tid trott att magnetfält spelar en nyckelroll i hur svarta hål transporterar och stöter ut materia i kraftfulla jetstrålar.”

“Denna nya bild, tillsammans med en slående liknande polarisationsstruktur som ses i det mycket större och kraftfullare svarta hålet M87*, visar att starka och ordnade magnetfält är avgörande för hur svarta hål interagerar med gasen och materia runt dem.”

Jämför magnetismen hos två gigantiska svarta hål

EHT består av många teleskop runt om i världen, inklusive Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), som tillsammans bildar ett teleskop i jordstorlek som inte är främmande för att göra vetenskaplig historia.

2017 tog EHT den första bilden av ett svart hål och dess omgivningar, avbildade M87*, som ligger cirka 53,5 miljoner ljusår från jorden. Två år efter att den här bilden släpptes för allmänheten 2019 gav EHT-samarbetet återigen den första glimten av polariserat ljus runt ett svart hål, M87*.

Polarisering uppstår när ljusets orienteringsvågor är inriktade i en viss vinkel. De magnetiska fälten som skapas av plasma som vispar runt svarta hål polariserar ljuset i en 90-graders vinkel mot sig självt. Detta betyder att genom att observera polariseringen runt M87* har forskare för första gången upptäckt magnetfälten runt ett svart hål. “kunde se ”.

en orange ring på en svart bakgrunden orange ring på en svart bakgrund

en orange ring på en svart bakgrund

Detta följdes 2022 av upptäckten att EHT också hade avbildat ett supermassivt svart hål mycket närmare jorden och bara 27 000 ljusår bort: Sgr A*, det svarta hålet runt vilket Vintergatan bildas.

en orange torus form på en svart bakgrunden orange torus form på en svart bakgrund

en orange torus form på en svart bakgrund

Nu har EHT äntligen försett forskarna med en bild av det polariserade ljuset och därmed magnetfälten runt detta supermassiva svarta hål.

“Polariserat ljus lär oss om magnetiska fält, gasens egenskaper och de mekanismer som uppstår när ett svart hål matas”, sa Issaoun. “Med tanke på de ytterligare utmaningarna med att avbilda Sgr A* är det ärligt talat överraskande nog att vi överhuvudtaget kunde få en polarisationsbild!”

Dessa utmaningar inträffade trots att Sgr A* är närmare jorden, eftersom den mindre storleken på Vintergatans supermassiva svarta hål gör det svårt att avbilda materialet som kretsar runt det med nära ljusets hastighet. M87* är mycket större, vilket innebär att materialet tar mycket längre tid att slutföra en krets med mer eller mindre samma hastighet, vilket gör det lättare för EHT att upptäcka.

Genom att övervinna dessa svårigheter kan en jämförelse nu göras mellan två svarta hål i motsatta ändar av det supermassiva svarta hålsspektrumet, det ena med en miljard gånger solens massa och det andra med en miljon gånger massan av vår stjärna. Den första slutsatsen är att dessa magnetfält är anmärkningsvärt lika varandra.

två ljusa orange ringar på en svart bakgrundtvå ljusa orange ringar på en svart bakgrund

två ljusa orange ringar på en svart bakgrund

“Denna likhet var särskilt överraskande eftersom M87* och Sgr A* är väldigt olika svarta hål,” sa Issaoun. “M87* är ett mycket speciellt svart hål: det har 6 miljarder solmassor, det lever i en enorm elliptisk galax och det avger en kraftfull plasmastråle som är synlig på alla våglängder.

“Sgr A*, å andra sidan, är extremt vanlig: den har 4 miljoner solmassor, den lever i vår vanliga spiralgalax, Vintergatan, och den verkar inte ha någon jet alls.”

Issaoun förklarade att bara genom att titta på den polariserade delen av ljuset förväntade sig teamet att lära sig om de olika egenskaperna hos magnetfälten hos M87* och Sgr A*.

“Kanske skulle den ena vara mer ordnad och starkare och den andra skulle vara mer oordnad och svagare,” tillade Issaoun. “Men eftersom de ser likadana ut igen, är det nu ganska tydligt att dessa två olika klasser av svarta hål har mycket liknande magnetfältsgeometri!”

Resultaten tyder på att en mer djupgående studie av Sgr A* skulle kunna avslöja tidigare oupptäckta egenskaper.

Skjuter Vintergatans supermassiva svarta hål ut en dold jet?

Polariseringen av ljus och de rena och starka magnetfälten hos Sgr A*, liksom det faktum att de liknar M87*, kan tyda på att vårt centrala svarta hål har hållit hemligt för oss fram till nu.

“Vi antar att starka och ordnade magnetiska fält är direkt relaterade till avfyring av jetstrålar, som vi observerade med M87*,” förklarade Issaoun. “Eftersom Sgr A* verkar ha en mycket liknande geometri utan någon observerad jet, kan det också finnas en jet som lurar i Sgr A* som väntar på att bli observerad, vilket skulle vara superspännande!”

Astronomer var inte särskilt förvånade över att inte se ett jetplan från Sgr A*. Det beror på att M87* är omgiven av så mycket gas och damm att den sväljer motsvarande två till tre solar varje år. Det betyder att dess magnetiska fält har massor av material att rikta till sina poler och skjuta ut som strålar.

Sgr A* däremot förbrukar så lite materia att det motsvarar en människas konsumtion av ett riskorn varje miljon år. Dessa observationer tyder på att vårt döende supermassiva svarta hål fortfarande kan ha en jetstråle; det är bara svårt att se.

“Det finns många indikationer på möjliga utflöden och till och med jetstrålar som drivits av det svarta hålet tidigare, men ett jetplan i Sgr A* har aldrig avbildats på grund av den svåra miljön i det galaktiska centrumet”, sa Issaoun Jet skulle vara en viktig uppenbarelse om vårt svarta hål och en koppling till dess historia i vår Vintergatan.”

Hon tillade att processen som utlöser dessa jetstrålar är den mest energiska mekanismen i hela universum och har dramatiska effekter på galaxernas hjärtan, som att driva ut den gas och stoft som behövs för stjärnors födelse och påverka galaxernas tillväxt och evolution. Detta betyder att upptäckten av en jet som kommer från Sgr A* skulle påverka vår förståelse av hur Vintergatan utvecklades och tog den form som astronomer observerar idag.

“Det är så fantastiskt att en så liten kärna i en galax kan orsaka så stor skada, och allt börjar vid kanten av det centrala svarta hålet, där dessa magnetiska fält råder”, fortsatte Issaoun.

en kurvig orange rand på en svart bakgrunden kurvig orange rand på en svart bakgrund

en kurvig orange rand på en svart bakgrund

Issaoun sa att med dessa två polariserade bilder av mycket olika svarta hål har forskare nu mycket övertygande bevis för att starka magnetfält är allestädes närvarande i dessa kosmiska titaner.

“Nästa steg,” sa hon, “innebär att ta reda på hur denna geometri är relaterad till hur dessa system rör sig, utvecklas och blossar.”

EHT kommer att lansera sin 2024-observationskampanj i början av april. Samarbetet hoppas få flerfärgade vyer av kända svarta hål som M87* och Sgr A* genom att observera dem i olika ljusfrekvenser.

“Under det kommande decenniet syftar nästa generations EHT-ansträngning till att lägga till fler teleskop för att fylla vår virtuella spegel i jordstorlek och observera mycket oftare,” tillade Issaoun. “Med dessa förlängningar av EHT kommer vi att kunna göra polariserade filmer av svarta hål och direkt observera dynamiken mellan det svarta hålet M87* och dess jet.”

liknande inlägg

— Hur kan vissa svarta hål bli så stora? Rymdteleskopet James Webb kan ha ett svar

– Den ljusaste kvasaren som någonsin skådats drivs av ett svart hål som äter “en sol om dagen.”

—Svarthålsliknande “gravastjärnor” kunde staplas som ryska tedockor

Dessutom sa CfA-forskaren att EHT så småningom kan få rymdbaserad hjälp med att observera svarta hål och deras dynamik. Ett föreslaget uppdrag som kan hjälpa till med detta är uppdragskonceptet Black Hole Explorer (BHEX), som lägger till ett enda rymdteleskop till den jordbaserade EHT-arrayen.

“Hur mycket svarta hål roterar, deras spin är förmodligen direkt relaterat till varför magnetfält nära det svarta hålet ser ut som de gör och hur de kan skjuta upp jetstrålar”, avslutade Issaoun. “Med BHEX kunde vi avbilda den skarpa fotonringens signatur av svarta hål. Denna fotonring kodar egenskaperna för rumtiden runt det svarta hålet, inklusive det svarta hålets spinn!”

EHT-teamets forskning publicerades onsdagen (27 mars) i Astrophysical Journal Letters.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *