Παρασκευή 26 Μαρτίου 2021

Αστρονόμοι απεικονίζουν τα μαγνητικά πεδία που βρίσκονται στην άκρη της μαύρης τρύπας του γαλαξία M87

Η παγκόσμια συνεργασία ραδιοτηλεσκοπίων Event Horizon Telescope (EHT), η οποία παρήγαγε την πρώτη εικόνα μιας μαύρης τρύπας, αποκάλυψε στις 24 Μαρτίου 2021 μια νέα άποψη του τεράστιου αντικειμένου που βρίσκεται στο κέντρο του γαλαξία Messier 87 (M87): πώς φαίνεται το αντικείμενο αυτό σε πολωμένο φως. 

Άποψη της υπερμεγέθης μαύρης τρύπας του γαλαξία M87 σε πολωμένο φως

Είναι η πρώτη φορά που οι αστρονόμοι μπόρεσαν να μετρήσουν την πόλωση (polarisation), μια υπογραφή μαγνητικών πεδίων, κοντά στην άκρη μιας μαύρης τρύπας. Οι παρατηρήσεις είναι το κλειδί για να εξηγήσουν πώς ο γαλαξίας M87, που βρίσκεται 55 εκατομμύρια έτη φωτός μακριά, είναι σε θέση να εκτοξεύει ενεργητικούς πίδακες από τον πυρήνα του.

"Βλέπουμε πλέον το επόμενο κρίσιμο κομμάτι από αποδεικτικά στοιχεία για να κατανοήσουμε πώς συμπεριφέρονται τα μαγνητικά πεδία γύρω από τις μαύρες τρύπες και πώς η δραστηριότητα σε αυτήν την πολύ συμπαγή περιοχή του διαστήματος μπορεί να πυροδοτήσει ισχυρούς πίδακες οι οποίοι εκτείνονται πολύ πέρα από τον γαλαξία", δηλώνει η Monika Mościbrodzka, Συντονίστρια της Ομάδα εργασίας πολωσιμετρίας (Polarimetry) του Τηλεσκόπιου Ορίζοντας Γεγονότων (Event Horizon Telescope - EHT) και Επίκουρη Καθηγήτρια στο Πανεπιστήμιο Radboud στην Ολλανδία.

Στις 10 Απριλίου του 2019, οι επιστήμονες έδωσαν στη δημοσιότητα την πρώτη εικόνα μιας μαύρης τρύπας, αποκαλύπτοντας μια φωτεινή δομή σαν δαχτυλίδι με μια σκοτεινή κεντρική περιοχή - τη σκιά της μαύρης τρύπας. Έκτοτε, η συνεργασία EHT ερεύνησε βαθύτερα τα δεδομένα για το υπερμεγέθη αντικείμενο στην καρδιά του γαλαξία M87 τα οποία συλλέχτηκαν το 2017. Ανακάλυψαν ότι ένα σημαντικό κλάσμα του φωτός γύρω από τη μαύρη τρύπα M87 είναι πολωμένο.

Άποψη της υπερμεγέθης μαύρης τρύπας και του πίδακα στον γαλαξία M87 σε πολωμένο φως

"Το έργο αυτό είναι ένα σημαντικό ορόσημο: η πόλωση του φωτός φέρνει πληροφορίες που μας επιτρέπουν να κατανοήσουμε καλύτερα τη φυσική πίσω από την εικόνα που είδαμε τον Απρίλιο του 2019, κάτι που δεν ήταν δυνατό πριν", εξηγεί ο Iván Martí-Vidal, επίσης συντονιστής της Ομάδας εργασίας για την Πολωσιμετρία του EHT και διακεκριμένος ερευνητής (GenT) στο Πανεπιστήμιο της Βαλένθια της Ισπανίας. Προσθέτει δε ότι "η αποκάλυψη αυτής της νέας εικόνας πολωμένου φωτός απαιτούσε χρόνια εργασίας λόγω των πολύπλοκων τεχνικών που εμπλέκονται στη λήψη και ανάλυση των δεδομένων".

Το φως πολώνεται όταν διέρχεται από ορισμένα φίλτρα, όπως οι φακοί των πολωμένων γυαλιών ηλίου ή όταν εκπέμπεται σε θερμές περιοχές του διαστήματος όπου υπάρχουν μαγνητικά πεδία. Με τον ίδιο τρόπο που τα πολωμένα γυαλιά ηλίου μας βοηθούν να βλέπουμε καλύτερα μειώνοντας τις αντανακλάσεις και το έντονο φως από φωτεινές επιφάνειες, έτσι και οι αστρονόμοι μπορούν να οξύνουν την θέασή τους για την περιοχή που υπάρχει γύρω από τη μαύρη τρύπα, εξετάζοντας τον τρόπο πόλωσης του φωτός που προέρχεται από αυτήν. Συγκεκριμένα, η πόλωση επιτρέπει στους αστρονόμους να χαρτογραφήσουν τις γραμμές μαγνητικού πεδίου που υπάρχουν στην εσωτερική άκρη της μαύρης τρύπας.

Ο γαλαξίας Messier 87 φωτογραφημένος από το Πολύ Μεγάλο Τηλεσκόπιο του ESO

"Οι πρόσφατα δημοσιευμένες πολωμένες εικόνες είναι το κλειδί για την κατανόηση του τρόπου με τον οποίο το μαγνητικό πεδίο επιτρέπει στη μαύρη τρύπα να "καταβροχθίζει" ύλη εκτοξεύοντας ισχυρούς πίδακες", δηλώνει ο συνεργάτης του EHT Andrew Chael, μέλος του προγράμματος NASA Hubble Fellowship Program (NHFP) στο Κέντρο Θεωρητικών Επιστημών του Princeton και του προγράμματος Princeton Gravity Initiative στις ΗΠΑ.

Ο γαλαξίας Μεσιέρ 87 στον Αστερισμό της Παρθένου

Οι φωτεινοί πίδακες ενέργειας και ύλης που αναδύονται από τον πυρήνα του M87 και εκτείνονται τουλάχιστον 5000 έτη φωτός από το κέντρο του είναι ένα από τα πιο μυστηριώδη και ενεργητικά χαρακτηριστικά του γαλαξία αυτού. Το μεγαλύτερο μέρος της ύλης που βρίσκεται κοντά στην άκρη μιας μαύρης τρύπας πέφτει προς το εσωτερικό της. Ωστόσο, μερικά από τα γύρω σωματίδια διαφεύγουν στιγμές πριν από τη σύλληψη τους και εκτοξεύονται πολύ μακριά στο διάστημα με τη μορφή πίδακα.

Άποψη του πίδακα στον γαλαξία M87 στο ορατό και στο πολωμένο φως και της υπερμεγέθης μαύρης τρύπας.

Οι αστρονόμοι βασίστηκαν σε διαφορετικά μοντέλα για το πώς συμπεριφέρεται η ύλη κοντά στη μαύρη τρύπα για να κατανοήσουν καλύτερα τη διαδικασία αυτή. Ωστόσο, δεν ξέρουν ακριβώς πώς εκτοξεύονται πίδακες μεγαλύτεροι από τον γαλαξία από την κεντρική του περιοχή, το οποίο είναι συγκρίσιμο σε μέγεθος με το ηλιακό μας σύστημα, ούτε πώς ακριβώς η ύλη πέφτει στη μαύρη τρύπα. Με τη νέα εικόνα της μαύρης τρύπας από το EHT και τη σκιά της σε πολωμένο φως, οι αστρονόμοι κατάφεραν για πρώτη φορά να κοιτάξουν την περιοχή ακριβώς έξω από τη μαύρη τρύπα όπου συμβαίνει αυτή η αλληλεπίδραση μεταξύ της ύλης που ρέει προς το εσωτερικό και της εξαγωγής της.

Η κρίσιμη συμβολή του ALMA και του APEX στο EHT

Οι παρατηρήσεις παρέχουν νέες πληροφορίες σχετικά με τη δομή των μαγνητικών πεδίων ακριβώς έξω από τη μαύρη τρύπα. Η ομάδα διαπίστωσε ότι μόνο θεωρητικά μοντέλα με έντονο μαγνητισμένο αέριο μπορούν να εξηγήσουν τι παρατηρούν στον ορίζοντα γεγονότων.

Καλλιτεχνική άποψη για τη Μαύρη Τρύπα στην καρδιά του γαλαξία M87

"Οι παρατηρήσεις δείχνουν ότι τα μαγνητικά πεδία στην άκρη της μαύρης τρύπας είναι αρκετά ισχυρά για να ωθήσουν πίσω το καυτό αέριο και να το βοηθήσουν να αντισταθεί στην έλξη της βαρύτητας. Μόνο το αέριο που γλιστράει μέσα από το πεδίο μπορεί να περιστραφεί προς τα μέσα και προς τον ορίζοντα γεγονότων", εξηγεί ο Jason Dexter, Επίκουρος Καθηγητής στο Πανεπιστήμιο του Κολοράντο στο Boulder, των ΗΠΑ και Συντονιστής της Ομάδας Εργασίας ως προς την Θεωρία, του EHT.

Για να παρατηρήσει την καρδιά του γαλαξία M87, η συνεργασία ΕΗΤ συνέδεσε οκτώ τηλεσκόπια σε όλο τον κόσμο - συμπεριλαμβανομένου του Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA) με έδρα τη βόρεια Χιλή και του πειράματος Atacama Pathfinder (APEX), στο οποίο το Ευρωπαϊκό Νότιο Αστεροσκοπείο (ESO) είναι συνεργάτης - για να δημιουργήσουν ένα εικονικό τηλεσκόπιο μεγέθους Γης, το EHT. Η εντυπωσιακή ανάλυση που λαμβάνεται με το EHT είναι ισοδύναμη με αυτήν που απαιτείται για τη μέτρηση του μήκους μιας πιστωτικής κάρτας στην επιφάνεια της Σελήνης !!!

Εικόνα από τη συστοιχία ALMA του πίδακα του γαλαξία M87 σε πολωμένο φως

"Με τα ALMA και APEX, τα οποία μέσω της νότιας τοποθεσίας τους ενισχύουν την ποιότητα της εικόνας προσθέτοντας γεωγραφική εξάπλωση στο δίκτυο του EHT, οι ευρωπαίοι επιστήμονες μπόρεσαν να διαδραματίσουν κεντρικό ρόλο στην έρευνα", δηλώνει η Ciska Kemper, Ευρωπαία Επιστήμονας του προγράμματος ALMA στο ESO. "Με τις 66 κεραίες της, η ALMA κυριαρχεί στη συνολική συλλογή σημάτων σε πολωμένο φως, ενώ το APEX ήταν απαραίτητο για τη βαθμονόμηση της εικόνας."

"Τα δεδομένα από το ALMA ήταν επίσης ζωτικής σημασίας για τη βαθμονόμηση, της εικόνας και την ερμηνεία των παρατηρήσεων του EHT, παρέχοντας αυστηρούς περιορισμούς στα θεωρητικά μοντέλα τα οποία εξηγούν πώς συμπεριφέρεται η ύλη κοντά στον ορίζοντα γεγονότων της μαύρης τρύπας", προσθέτει ο Ciriaco Goddi, επιστήμονας στο Πανεπιστήμιο Radboud και του αστεροσκοπείου του Leiden, στην Ολλανδία, ο οποίος ηγήθηκε μιας συνοδευτικής μελέτης η οποία βασίστηκε μόνο στις παρατηρήσεις της συστοιχίας ALMA.

Η πρώτη εικόνα μιας μαύρης τρύπας

Η ρύθμιση στο EHT επέτρεψε στην ομάδα να παρατηρήσει άμεσα τη σκιά της μαύρης τρύπας και τον δακτύλιο φωτός γύρω της, με τη νέα εικόνα πολωμένου φωτός που δείχνει καθαρά ότι ο δακτύλιος είναι μαγνητισμένος. Τα αποτελέσματα δημοσιεύτηκαν στις 24 του μήνα σε δύο ξεχωριστές εργασίες στον ιστότοπο "The Astrophysical Journal Letters" από τη συνεργασία του EHT. Στην έρευνα συμμετείχαν περισσότεροι από 300 ερευνητές από πολλούς οργανισμούς και πανεπιστήμια παγκοσμίως.

"Το EHT σημειώνει ταχείες εξελίξεις, με τεχνολογικές αναβαθμίσεις στο δίκτυο και προστίθενται νέα παρατηρητήρια. Αναμένουμε από τις μελλοντικές παρατηρήσεις του EHT να αποκαλύψουν με μεγαλύτερη ακρίβεια τη δομή του μαγνητικού πεδίου γύρω από τη μαύρη τρύπα και να μας πουν περισσότερα για τη φυσική του καυτού αερίου στην περιοχή αυτή", καταλήγει το μέλος της συνεργασίας του EHT, Jongho Park, μέλος του Συνδέσμου Βασικών Παρατηρητηρίων της Ανατολικής Ασίας στο Ινστιτούτο Αστρονομίας και Αστροφυσικής της Ακαδημίας Sinica στην Taipei.

Σύνδεσμοι

Επικοινωνία

Monika Mościbrodzka
Radboud Universiteit
Nijmegen, The Netherlands
Tel: +31-24-36-52485
Email: m.moscibrodzka@astro.ru.nl

Ivan Martí Vidal
Universitat de València
Burjassot, València, Spain
Tel: +34 963 543 078
Email: i.marti-vidal@uv.es

Ciska Kemper
European Southern Observatory
Garching bei München, Germany
Tel: +49(0)89-3200-6447
Email: Francisca.Kemper@eso.org

Andrew Chael
Princeton University Center for Theoretical Science
Princeton, New Jersey, USA
Email: achael@princeton.edu

Jason Dexter
University of Colorado Boulder
Boulder, Colorado, USA
Tel: +1 303-492-7836
Email: jason.dexter@colorado.edu

Jongho Park
Academia Sinica, Institute of Astronomy and Astrophysics
Taipei
Tel: +886-2-2366-5462
Email: jpark@asiaa.sinica.edu.tw

Ciriaco Goddi
Radboud University and Leiden Observatory
Nijmegen and Leiden, The Netherlands
Email: c.goddi@astro.ru.nl

Sara Issaoun
EHT collaboration member at Radboud Universiteit
Nijmegen, The Netherlands
Tel: +31 (0)6 84526627
Email: s.issaoun@astro.ru.nl

Huib Jan van Langevelde
EHT Project Director, Joint Institute for VLBI ERIC
Dwingeloo, The Netherlands
Tel: +31-521-596515
Cell: +31-62120 1419
Email: langevelde@jive.eu

Geoffrey C. Bower
EHT Project Scientist, Academia Sinica Institute of Astronomy and Astrophysics
Hilo, HI, USA
Cell: +1 (510) 847-1722
Email: gbower@asiaa.sinica.edu.tw

Bárbara Ferreira
ESO Media Manager
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 3200 6670
Cell: +49 151 241 664 00
Email: press@eso.org

Connect with ESO on social media


Πηγή: eso

https://www.eso.org/public/news/eso2105/?fbclid=IwAR3lR4gnwPEudaYYqUNJjyqQOajHu3FcMVGnKM0BwKifth07N2JMyso5nv4

Αναρτήθηκε από στις