eso2305fi — Tutkimustiedote, suomennos Pasi Nurmi, Turun yliopisto
Tähtitieteilijät ovat ensimmäistä kertaa havainneet samassa
kuvassa Messier 87-galaksin (M87) keskellä olevan mustan aukon varjon ja siitä
lähtevän voimakkaan suihkun. Havainnot on tehty vuonna 2018 seuraavilla
teleskoopeilla: Global Millimetre VLBI Array (GMVA), Atacama Large
Millimeter/submillimeter Array (ALMA), jossa ESO on mukana kumppanina, ja
Greenland Telescope (GLT). Uuden kuvan ansiosta tähtitieteilijät ymmärtävät nyt
paremmin, miten mustat aukot voivat saada tällaisia voimakkaita suihkuja aikaiseksi.
 |
| Kuvassa näkyy ensimmäistä kertaa yhdessä mustan aukon suihku ja varjo M87-galaksin keskustassa. Havainnot on otettu Global Millimetre VLBI Array (GMVA), Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) teleskoopilla, jonka kumppani ESO on, ja Greenland Telescopella. Kuva antaa tutkijoille mahdollisuuden ymmärtää, miten voimakas suihku on muodostunut. Uudet havainnot paljastivat myös, että mustan aukon rengasrakenne, joka näkyy kuvan suurennoksessa, on 50 prosenttia suurempi kuin lyhyemmillä aallonpituukisilla havaitussa Event Horizon Telescope (EHT) kuvassa. Tämä viittaa siihen, että uudessa kuvassa näkyy enemmän mustaan aukkoon putoavaa materiaa kuin mitä EHT:n avulla pystyttiin näkemään. Kuva R.-S. Lu (SHAO), E. Ros (MPIfR), S. Dagnello (NRAO/AUI/NSF). |
Useimpien galaksien keskellä on supermassiivinen musta aukko. Vaikka mustat aukot tunnetaan niiden kyvystä imaista ainetta niiden välittömästä ympäristöstään, ne voivat myös saada aikaiseksi voimakkaita ainesuihkuja, jotka ulottuvat aina galaksien ulkopuolelle saakka. Se, miten mustat aukot luovat näin valtavia suihkuja, on ollut tähtitieteessä pitkäaikainen ongelma. "Tiedämme, että suihkut saavat alkunsa mustia aukkoja ympäröivältä alueelta", sanoi Ru-Sen Lu Shanghain tähtitieteellisestä observatoriosta Kiinasta, "mutta emme vieläkään täysin ymmärrä, miten tämä todella tapahtuu. Jotta voimme tutkia tätä suoraan, meidän on seurattava suihkun alkuperää mahdollisimman lähelle mustaa aukkoa".
Tänään julkaistussa uudessa kuvassa näkyy ensimmäistä kertaa
juuri se, miten suihkun lähtökohta yhdistyy supermassiivisen mustan aukon
ympärillä pyörivään aineeseen. Kohteena on galaksi M87, joka sijaitsee 55
miljoonan valovuoden etäisyydellä kosmisessa naapurustossamme. M87 galaksissa
on musta aukko, joka on 6,5 miljardia kertaa Aurinkoa massiivisempi.
Aikaisemmissa havainnoissa oli onnistuttu kuvaamaan mustan aukon ja suihkun
lähellä olevat alueet erikseen, mutta tämä on ensimmäinen kerta, kun molemmat
on havaittu yhdessä. "Tämä uusi kuva selventää tilannetta näyttämällä
mustan aukon ja suihkun ympärillä olevan alueen samanaikaisesti",
lisäsi Jae-Young Kim Saksan Max Planck Institute for Radio Astronomy
-instituutista.
Kuva on otettu GMVA:n, ALMA:n ja GLT:n avulla, jotka
muodostavat maailmanlaajuisen radioteleskooppien verkoston, joka toimii yhdessä
virtuaalisena Maan kokoisena teleskooppina. Näin suuri verkosto voi havaita
M87:n mustan aukon ympärillä olevalla alueella hyvin pieniä yksityiskohtia.
Uudessa kuvassa näkyy mustan aukon läheltä muodostuva suihku
sekä se, mitä tutkijat kutsuvat mustan aukon varjoksi. Kun aine kiertää mustaa
aukkoa, se kuumenee ja lähettää valoa. Musta aukko taivuttaa ja vangitsee osan
tästä valosta luoden Maasta nähtynä kehämäisen rakenteen mustan aukon
ympärille. Kehän keskellä oleva pimeä alue on mustan aukon varjo, jonka Event
Horizon Telescope (EHT) kuvasi ensimmäisen kerran vuonna 2017. Sekä tässä
uudessa kuvassa, että EHT:n kuvassa on yhdistetty useiden eri puolilla maailmaa
sijaitsevien radioteleskooppien datat, mutta tänään julkaistun kuvan
radiosäteilyn aallonpituus on pidempi kuin EHT:n kuvassa, eli 3,5 mm 1,3 mm:n
sijaan. "Tällä aallonpituudella voimme nähdä, miten suihku saa alkunsa
supermassiivisen mustan aukon ympärillä olevasta emissiorenkaasta",
sanoi Thomas Krichbaum Max Planckin radioastronomian instituutista.
GMVA-verkon havaitseman renkaan koko on noin 50 prosenttia
suurempi kuin Event Horizon Telescope -kuvassa. "Ymmärtääksemme isomman
ja paksumman renkaan fyysisen alkuperän jouduimme testaamaan erilaisia
skenaarioita tietokonesimulaatioiden avulla", kertoi Keiichi Asada
Taiwanin Academia Sinicasta. Tulokset viittaavat siihen, että uusi kuva
paljastaa enemmän mustaa aukkoa kohti putoavaa materiaa kuin mitä EHT:llä
voitiin havaita.
Nämä uudet havainnot M87:n mustasta aukosta tehtiin vuonna
2018 GMVA:lla, joka koostuu 14 radioteleskoopista Euroopassa ja
Pohjois-Amerikassa [1]. Lisäksi GMVA:han liitettiin kaksi muuta
tutkimusyksikköä: Greenland Telescope ja ALMA, jonka kumppani ESO on. ALMA
koostuu Chilen Atacaman autiomaassa sijaitsevasta 66 antennista, ja sillä oli
näissä havainnoissa keskeinen rooli. Näiden kaikkien ympäri maailmaa
sijaitsevien teleskooppien keräämät tiedot yhdistetään interferometriaksi
kutsutulla tekniikalla, joka synkronoi kunkin yksittäisen laitoksen ottamat
signaalit. Jotta havaittavan kohteen todellinen muoto saadaan kunnolla
selvitettyä, on tärkeää, että kaukoputket ovat sijoittuneena kaikkialle
maapallolla. GMVA-teleskoopit ovat pääosin itä-länsi-suunnassa, joten ALMA:n
olemassaolo eteläisellä pallonpuoliskolla osoittautui välttämättömäksi, jotta
kuva M87:n mustan aukon suihkusta ja varjosta saatiin otettua. "ALMA:n
sijainnin ja herkkyyden ansiosta pystyimme paljastamaan mustan aukon varjon ja
katsoa syvemmälle suihkuun samanaikaisesti", Lu kertoi.
Tämän teleskooppiverkoston avulla tulevaisuudessa tehtävillä
havainnoilla voidaan selvittää, kuinka supermassiiviset mustat aukot saavat
aikaiseksi näitä voimakkaita suihkuja. "Aiomme havaita M87:n
keskustassa olevaa mustaa aukkoa radioalueella eri aallonpituuksilla
tutkiaksemme lisää suihkun lähettämää emissiota", kertoi Eduardo
Ros Max Planck Institute for Radio Astronomy -instituutista. Yhtä aikaa
tehtävät havainnot antaisivat tutkimusryhmälle mahdollisuuden eritellä
supermassiivinen musta aukon lähellä olevia monimutkaisia prosesseja. "Tulevat
vuodet tulevat olemaan jännittäviä, kun saamme lisää tietoa siitä, mitä yhdellä
maailmankaikkeuden salaperäisimmistä alueista tapahtuu", Ros totesi
lopuksi.
 |
| M87. Kuva ESO. |
Galaksi M87
Messier 87 (M87) on valtava elliptinen galaksi, joka
sijaitsee noin 55 miljoonan valovuoden etäisyydellä Maasta ja sijaitsee
Neitsyen tähdistössä. Charles Messier löysi sen vuonna 1781, mutta se
tunnistettiin galaksiksi vasta 1900-luvulla. Sen massa on kaksinkertainen oman
galaksimme Linnunradan massaan verrattuna, ja siinä on jopa kymmenen kertaa
enemmän tähtiä. Galaksi on läheisistä galakseista suurimpia. Pelkän kokonsa
lisäksi M87:llä on hyvin ainutlaatuisia ominaisuuksia. Sillä on esimerkiksi
poikkeuksellisen paljon pallomaisia tähtijoukkoja. Linnunradallamme niitä on
alle 200, mutta M87:llä niitä on noin 12 000, minkä jotkut tutkijat arvelevat
johtuvan siitä, että se on kerännyt ne pienemmiltä naapureiltaan.
Aivan kuten kaikilla muillakin suurilla galakseilla M87:n keskellä on supermassiivinen musta aukko. Galaksin keskustan mustan aukon massa liittyy koko galaksin massaan, joten ei pitäisi olla yllättävää, että M87:n musta aukko on yksi massiivisimmista tunnetuista aukoista. Musta aukko voi myös selittää yhden galaksin energisimmistä piirteistä, eli relativistisen suihkun, joka sinkoutuu ulos lähes valon nopeudella.
Musta aukko oli Event Horizon Telescope havaintolaitteen
tekemien mullistavien havaintojen kohteena. Kohde valikoitui EHT:n havaintojen
kohteeksi kahdesta syystä. Vaikka EHT:n erotuskyky on uskomaton, niin silläkin
on rajansa. Koska massiiviset mustat aukot ovat myös halkaisijaltaan suurempia,
niin M87:n keskustan musta aukko oli poikkeuksellisen suuri kohde. Tämä
tarkoittaa sitä, että se voitaisiin kuvata helpommin kuin lähempänä olevat
pienemmät mustat aukot. Toinen syy sen valintaan oli kuitenkin selvästi
tavallisempi. Planeetaltamme katsottuna M87 on melko lähellä taivaan
ekvaattoria, minkä ansiosta se näkyy suurimmalla osalla pohjoista ja eteläistä
pallonpuoliskoa. Tämä maksimoi EHT:n käytettävissä olevien havaintolaitteiden
määrän, jotka voisivat tarkkailla sitä lisäten lopullisen kuvan resoluutiota.
Kuva on otettu ESO:n Very Large Telescope, eli VLT:n
FORS2-instrumentilla osana Cosmic Gems-ohjelmaa, joka on tieteen näkyvyyden
edistämiseksi tehty aloite, jossa ESO:n teleskoopit ottavat kuvia
kiinnostavista, kiehtovista tai visuaalisesti näyttävistä kohteista koulutuksen
ja yleisön tavoittamiseksi. Ohjelma hyödyntää teleskooppiaikaa, jota ei voi
käyttää tieteellisiin havainnointiin, ja sen avulla saadaan otettua
henkeäsalpaavia kuvia joistakin yötaivaan upeimmista kohteista. Jos kerätystä
datasta voi olla hyötyä myös tulevissa tieteellisissä tarkoituksissa, havainnot
tallennetaan ja saatetaan tähtitieteilijöiden saataville ESO:n tiedearkiston
kautta.
Huomautukset
[1] Korean VLBI-verkosto on nyt myös osa GVVA:ta, mutta se
ei osallistunut tässä esitettyihin havaintoihin.
Lisätietoa
Tässä esitelty tutkimus on julkaistu artikkelissa "A
ring-like accretion structure in M87 connecting its black hole and jet",
joka julkaistaan Nature lehdessä (doi: 10.1038/s41586-023-05843-w).
Ei kommentteja:
Lähetä kommentti