Bilim adamları, hem merkezi kara deliğe düşen maddeyi hem de Messier 87 galaksisinin güçlü göreli jetini gösteren benzeri görülmemiş bir görüntü oluşturmak için milimetre dalga boyu gözlemlerini kullandılar. Çeşitli teleskopların işbirliği, kara deliğin yığılma akışı ile jetin kaynağı arasındaki bağlantıyı görselleştirmeye yardımcı olan görüntüleme yeteneklerini geliştirdi. Ek olarak, kara deliğin yakınında beklenmedik geniş radyasyon keşfettiler ve bu da daha fazla aktivite olduğunu gösteriyor. Kredi bilgileri: S. Dagnello (NRAO/AUI/NSF)
Jetin milimetre-VLBI görüntüsü ve[{” attribute=””>black hole shadow in Messier 87, obtained with the GMVA array including ALMA, the Greenland Telescope, and the telescope at Metsähovi.
An international team of scientists, including Aalto University researchers, has used new millimeter-wavelength observations to produce an image that shows, for the first time, both the ring-like structure that reveals the matter falling into the central black hole and the powerful relativistic jet in the prominent radio galaxy Messier 87. The image underlines for the first time the connection between the accretion flow near the central supermassive black hole and the origin of the jet. The new observations were obtained with the Global Millimetre VLBI Array (GMVA), complemented by the phased Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) and the Greenland Telescope (GLT). The addition of these two observatories has greatly enhanced the imaging capabilities of the GMVA. The results were published in the journal Nature.
“Previously, we had seen both the black hole and the jet in separate images, but now we have taken a panoramic picture of the black hole together with its jet at a new wavelength,” says Ru-Sen Lu of the Shanghai Astronomical Observatory, who also leads a Max Planck Research Group at the Chinese Academy of Sciences.
This image shows the jet and shadow of the black hole at the center of the M87 galaxy together for the first time. This image gives scientists the context needed to understand how the powerful jet is formed. The new observations also revealed that the black hole’s ring, shown here in the inset, is 50% larger than the ring observed at shorter radio wavelengths by the Event Horizon Telescope (EHT). This suggests that in the new image, we see more of the material that is falling toward the black hole than what we could see with the EHT. Credit: R.-S. Lu (SHAO), E. Ros (MPIfR), S. Dagnello (NRAO/AUI/NSF)
The surrounding material is thought to fall into the black hole in a process known as accretion, but no one has ever imaged it directly. “The ring that we have seen before is becoming larger and thicker at 3.5 mm observing wavelength. This shows that the material falling into the black hole produces additional emission that is now observed in the new image. This gives us a more complete view of the physical processes acting near the black hole,” he added.
The participation of ALMA and GLT in the GMVA observations and the resulting increase in resolution and sensitivity of this intercontinental network of telescopes has made it possible to image the ring-like structure in M87 for the first time at a wavelength of 3.5 mm. The diameter of the ring measured by the GMVA is 64 microarcseconds, which corresponds to the size of a small (5-inch/13-cm) selfie ring light as seen by an astronaut on the Moon looking back at Earth. This diameter is 50 percent larger than what was seen in observations by the Event Horizon Telescope at 1.3 mm, in accordance with the expectations for the emission from relativistic plasma in this region.
“With the greatly improved imaging capabilities from adding ALMA and GLT into GMVA observations, we have gained a new perspective. We do indeed see the triple-ridged jet that we knew about from earlier VLBI observations,” says Thomas Krichbaum from the Max Planck Institute for Radio Astronomy (MPIfR) in Bonn. “But now we can see how the jet emerges from the emission ring around the central supermassive black hole and we can measure the ring diameter also at another (longer) wavelength.”
Aalto Üniversitesi Metsähovi Radyo Gözlemevi’nin 14 metrelik radyo teleskopu, yeni görüntü için veri toplayan istasyonlardan biriydi.
Aalto Üniversitesi’nde kıdemli bir bilim adamı ve makalenin ortak yazarı olan Tuomas Savolainen, Metsähovi Radyo Gözlemevi’nin on yılı aşkın bir süredir GMVA ölçüm kampanyalarına ve 1990’ların ortasından bu yana genel olarak 3,5 mm’de VLBI gözlemlerine katıldığını söylüyor. .
“Metsähovi’deki radyo teleskopumuz, 2018’de Avrupa’da bu gözlemlere katılan beş istasyondan biriydi. 3,5 mm dalga boyunda ölçüm yapabilen çok fazla anten yok, bu da Metsähovi’de toplanan verileri değerli kılıyor” diyor.
“Event Horizon Telescope görüntüsü, M87’deki kara delik gölgesini gösteriyor, ancak bu gözlemler, bunlara katılan az sayıda teleskop nedeniyle daha zayıf ve daha uzun jeti tespit edemedi. 1,3 mm dalga boyunda gözlem yapabilen teleskop sayısı, 3,5 mm dalga boyunda gözlem yapabilen teleskoplardan bile daha azdır,” diyor Savolainen.
M87’den gelen ışık, senkrotron radyasyonu adı verilen bir fenomen olan yüksek enerjili elektronlar ve manyetik alanlar arasındaki etkileşim tarafından üretilir. 3,5 mm dalga boyundaki yeni gözlemler, bu elektronların konumu ve enerjisi hakkında daha fazla ayrıntı ortaya koyuyor.
ALMA’nın yardımıyla gökbilimciler, M87 galaksisinin merkezindeki süper kütleli kara deliğin yeni bir görüntüsünü elde ettiler. Kredi: ESO
Ayrıca bize kara deliğin doğası hakkında da bir şeyler söylüyorlar: çok aç değil. Maddeyi düşük oranda tüketir ve sadece küçük bir kısmını radyasyona dönüştürür. Academia Sinica Astronomi ve Astrofizik Enstitüsü’nden Keiichi Asada şöyle açıklıyor: “Daha büyük ve daha kalın halkanın fiziksel kökenini anlamak için, farklı senaryoları test etmek için bilgisayar simülasyonları kullanmak zorunda kaldık. Sonuç olarak, halkanın daha geniş boyutunun birikim akışıyla ilişkili olduğu sonucuna vardık.”
Japonya Ulusal Astronomi Gözlemevi’nden Kazuhiro Hada şunları ekliyor: “Verilerimizde şaşırtıcı bir şey de bulduk: kara deliğin yakınındaki iç bölgeden gelen radyasyon beklediğimizden daha geniş. Bu, içeri giren gazdan daha fazlası olduğu anlamına gelebilir. Kara deliğin etrafında türbülans ve kaosa neden olan bir rüzgar da olabilir.”
Daha fazla gözlem ve güçlü teleskop filosu onun sırlarını açığa çıkarmaya devam ederken, Messier 87 hakkında daha fazlasını öğrenme arayışı henüz bitmedi. Kore Astronomi ve Uzay Bilimleri Enstitüsü’nden Jongho Park, “Milimetre dalga boylarında gelecekteki gözlemler, M87 kara deliğinin zaman evrimini inceleyecek ve radyo ışığında çok renkli görüntülerle kara deliğin polikromatik bir görüntüsünü sağlayacak” diyor.
Bu yeni gözlemlerden bazıları bu baharda gerçekleşiyor ve Metsähovi Radyo Gözlemevi yine bunlara katılıyor.
“3,5 mm şu anda çalıştığımız en kısa dalga boyu ve bu gözlemler için iyi, kuru hava koşulları gerekiyor. Neyse ki, nisan ayında hava burada genellikle iyidir. Birkaç yıl içinde, teleskopumuz için çok çeşitli dalga boylarında eş zamanlı gözlemler yapmamızı sağlayacak yeni bir alıcı alacağız. Metsähovi Radyo Gözlemevi Operasyon Mühendisi Petri Kirves, “O zaman atmosferin neden olduğu verilerdeki bozulmaları daha iyi düzeltebileceğiz ve daha da yüksek kaliteli görüntüler elde edebileceğiz” diyor.
Bu keşif hakkında daha fazla bilgi için:
Referans: Ru-Sen Lu, Keiichi Asada, Thomas P. Krichbaum, Jongho Park, Fumie Tazaki, Hung-Yi Pu, Masanori Nakamura, Andrei Lobanov, Kazuhiro “M87’de kara deliği ve jeti birbirine bağlayan halka benzeri bir yığılma yapısı” Hada, Kazunori Akiyama, Jae-Young Kim, Ivan Marti-Vidal, José L. Gómez, Tomohisa Kawashima, Feng Yuan, Eduardo Ros, Walter Alef, Silke Britzen, Michael Bremer, Avery E. Broderick, Akihiro Doi, Gabriele Giovannini, Marcello Giroletti, Paul TP Ho, Mareki Honma, David H. Hughes, Makoto Inoue, Wu Jiang, Motoki Kino, Shoko Koyama, Michael Lindqvist, Jun Liu, Alan P. Marscher, Satoki Matsushita, Hiroshi Nagai, Helge Rottmann, Tuomas Savolainen, Karl -Friedrich Schuster, Zhi-Qiang Shen, Pablo de Vicente, R. Craig Walker, Hai Yang, J. Anton Zensus, Juan Carlos Algaba, Alexander Allardi, Uwe Bach, Ryan Berthold, Dan Bintley, Do-Young Byun, Carolina Casadio, Shu-Hao Chang, Chih-Cheng Chang, Song-Chu Chang, Chung-Chen Chen, Ming-Tang Chen, Ryan Chilson, Tim C. Chuter, John Conway, Geoffrey B. Crew, Jessica T. Dempsey, Sven Dornbusch, Aaron Faber, Per Friberg, Javier González García, Miguel Gómez Garrido, Chih-Chiang Han, Kuo-Chang Han, Yutaka Hasegawa, Ruben Herrero-Illana, Yau-De Huang, Chih-Wei L. Huang, Violette Impellizzeri, Homin Jiang, Hao Jinchi, Taehyun Jung, Juha Kallunki, Petri Kirves, Kimihiro Kimura, Jun Yi Koay, Patrick M. Koch, Carsten Kramer, Alex Kraus, Derek Kubo, Cheng-Yu Kuo, Chao-Te Li, Lupin Chun-Che Lin, Ching- Tang Liu, Kuan-Yu Liu, Wen-Ping Lo, Li-Ming Lu, Nicholas MacDonald, Pierre Martin-Cocher, Hugo Messias, Zheng Meyer-Zhao, Anthony Minter, Dhanya G. Nair, Hiroaki Nishioka, Timothy J. Norton, George Nystrom, Hideo Ogawa, Peter Oshiro, Nimesh A. Patel, Ue-Li Pen, Yurii Pidopryhora, Nicolas Pradel, Philippe A. Raffin, Ramprasad Rao, Ignacio Ruiz, Salvador Sanchez, Paul Shaw, William Snow, TK Sridharan, Ranjani Srinivasan , Belén Tercero, Pablo Torne, Efthalia Traianou, Jan Wagner, Craig Walther, Ta-Shun Wei, Jun Yang ve Chen-Yu Yu, 26 Nisan 2023, Doğa.
DOI: 10.1038/s41586-023-05843-w