Naukowcy uchwycili pierwsze zdjęcie dżetu wystrzeliwującego z krawędzi czarnej dziury: ScienceAlert

Nowe zdjęcia najczęściej fotografowanej ciemnej dziury we wszechświecie dają wgląd w zachowanie tajemniczej czarnej dziury.

Po raz pierwszy szukamy źródła masowego wypływu plazmy w kosmos z krawędzi supermasywnej czarnej dziury M87*. Po raz pierwszy widzieliśmy cień i dżet czarnej dziury razem na tym samym zdjęciu, widok, który powinien pomóc astronomom dowiedzieć się, jak powstają te gigantyczne wypływy plazmy.

„Wiemy, że dżety wystrzeliwują z regionu wokół czarnych dziur” mówi astronom Ro Sen Lu z Szanghajskiego Obserwatorium Astronomicznego w Chinach: „Ale nadal nie do końca rozumiemy, jak to się właściwie dzieje. Aby zbadać to bezpośrednio, musimy obserwować początek dżetu tak blisko czarnej dziury, jak to możliwe”.

Jak wszyscy wiemy, czarne dziury są znane z tego, że nie wydzielają niczego, co moglibyśmy wykryć. Są tak gęste, że czasoprzestrzeń skutecznie zawija się wokół nich w zamkniętą kulę, więc we wszechświecie nie ma prędkości wystarczającej do osiągnięcia prędkości ucieczki. Ale przestrzeń poza granicami tej sfery — to, co nazywamy horyzontem zdarzeń — to inna sprawa.

To ekstremalny region, w którym grawitacja panuje niepodzielnie. Każda pobliska materia zostaje złapana w zasadzkę i obraca się w dysk materiału, który spływa do czarnej dziury jak woda do rynsztoka. Tarcie i grawitacja podgrzewają ten materiał, powodując jego świecenie; Oto, co widzieliśmy na słynnym zdjęciu M87* opublikowanym po raz pierwszy w 2019 roku na podstawie danych zebranych w 2017 roku przez Teleskop Horyzontu Zdarzeń (EHT) współpracować.

Ale nie cała materia jest koniecznie wyciągnięta poza horyzont zdarzeń. Niektóre ślizgają się do krawędzi, zanim zostaną wystrzelone w kosmos z regionów polarnych czarnej dziury, tworząc dżety, które mogą podróżować ze znacznym procentem prędkości światła i przebijać ogromne odległości w przestrzeni międzygwiezdnej.

Astronomowie uważają, że materia ta została przesunięta z wewnętrznej krawędzi dysku wzdłuż linii pola magnetycznego poza horyzontem zdarzeń. Te linie pola magnetycznego przyspieszają cząstki, tak że kiedy docierają do biegunów, są bardzo szybko wyrzucane w przestrzeń kosmiczną.

To są kontury. Trudno ustalić szczegóły. Wiemy, że M87* ma samolot 100 000 lat świetlnych stąd na falach radiowych, które są mniej więcej równe średnicy naszej galaktyki. Tak więc w 2018 roku astronomowie użyli potężnych radioteleskopów United do utworzenia globalnej tablicy mm-VLBI (GMVA), aby sprawdzić, czy uda im się uchwycić szczegółowo obszar, z którego startują samoloty. Zebrał dane o większej długości fali z EHT, ujawniając różne informacje.

„M87 obserwowano przez wiele dziesięcioleci, a 100 lat temu wiedzieliśmy, że samolot istnieje, ale nie mogliśmy umieścić go w kontekście” Lou mówi. „Dzięki GMVA, w tym głównym instrumentom w NRAO i GBO, zauważamy mniej wahań, więc widzimy więcej szczegółów — i teraz wiemy, że jest więcej szczegółów do zobaczenia”.

Znajdująca się w odległości około 55 milionów lat świetlnych galaktyka M87 zawiera supermasywną czarną dziurę o masie około 6,5 miliarda mas Słońca i aktywnie gromadzi materię z otaczającego ją dysku. Zdjęcie zrobione przez EHT po raz pierwszy pokazało cień tej czarnej dziury – ciemny obszar w środku świecącego pierścienia materii, zniekształcony przez grawitacyjne zakrzywienie czasoprzestrzeni.

Nowy obraz pokazuje szerszy obszar przestrzeni niż obraz EHT. Pokazuje, że zasięg plazmy wokół M87* jest znacznie większy niż to, co widzimy na zdjęciu EHT, podobnie jak źródło dżetu.

„Oryginalne obrazowanie EHT ujawniło tylko część dysku akrecyjnego otaczającego środek czarnej dziury. Zmieniając długość fali obserwacji z 1,3 mm na 3,5 mm, możemy zobaczyć więcej dysku akrecyjnego, a teraz dżet, w tym samym czasie czas,” mówi astronom Tony Minter Narodowe Obserwatorium Radioastronomiczne. „Ujawniło to, że pierścień wokół czarnej dziury jest o 50 procent większy niż wcześniej sądziliśmy”.

Nowe zdjęcie ujawniło również nowe informacje o tym, w jaki sposób dżet jest wystrzeliwany z obszaru przestrzeni wokół czarnej dziury, potwierdzając, że linie pola magnetycznego rzeczywiście odgrywają ważną rolę w transporcie materii, która ma zostać wystrzelona w postaci dżetów.

Ale nie działają sami. A Silny wiatr Emituje z samego dysku, zasilanego ciśnieniem promieniowania. Zdjęcie pokazuje, że wiatry te przyczyniają się do powstania M87.

To bardzo ważne osiągnięcie w nauce o czarnych dziurach, ale naukowcy nie są skończeni. W całym spektrum radiowym jest wiele do zobaczenia, a M87* udowodnił, że może to zapewnić.

„Planujemy monitorować obszar wokół czarnej dziury w centrum M87 na różnych długościach fal radiowych, aby zbadać emisję dżetu” mówi astronom Eduardo Ross z Instytutu Radioastronomii Maxa Plancka w Niemczech. „Nadchodzące lata będą ekscytujące, ponieważ będziemy mogli dowiedzieć się więcej o tym, co dzieje się w pobliżu jednego z najbardziej tajemniczych regionów we wszechświecie”.

Badania opublikowane w Natura.