Event Horizon Telescope (EHT) -yhteistyöverkoston ottamassa uudessa kuvassa näkyy voimakkaita ja järjestäytyneitä magneettikenttiä, jotka lähtevät kierteisesti supermassiivisen mustan aukon Sagittarius A*:n (Sgr A*) reunalta. Tämä ensimmäinen polarisoidun valon alueen kuva Linnunradan galaksin ytimessä lymyävästä mustasta aukosta on paljastanut magneettikentän rakenteen, joka on hämmästyttävän samanlainen kuin M87-galaksin keskellä olevalla mustalla aukolla (M87*). Tämä viittaa siihen, että kaikilla mustilla aukoilla voi olla voimakkaita magneettikenttiä. Samankaltaisuus viittaa myös siihen, että myös Sgr A*:ssä on piilossa oleva suihku. Tulokset julkaistiin tänään The Astrophysical Journal Letters -lehdessä.
Vuonna 2022 tutkijat esittelivät ensimmäisen Sgr A*:n kuvan useissa lehdistötilaisuuksissa eri puolilla maailmaa Euroopan eteläinen observatorio (ESO) mukaan lukien. Sgr A* sijaitsee noin 27 000 valovuoden päässä Maasta. Vaikka Linnunradan supermassiivinen musta aukko on vain tuhannesosa M87:n mustasta aukosta (ensimmäinen EHT:llä kuvattu musta aukko), havainnot paljastivat, että nämä kaksi näyttävät hämmästyttävän samanlaisilta. Tämä sai tutkijat miettimään, onko näillä kahdella ulkonäön lisäksi muita yhteisiä piirteitä. Selvittääkseen tätä tutkimusryhmä päätti tutkia Sgr A*:ta polarisoidussa valossa. Aiemmat tutkimukset M87:n mustan aukon (M87*) ympäristöstä paljastivat, että sitä ympäröivät magneettikentät mahdollistivat sen, että musta aukko pystyy lähettämään voimakkaita materiasuihkuja ympäristöönsä. Uuden tutkimuksen kuvat ovat paljastaneet, että myös Sgr A*:n kohdalla tilanne saattaa olla samankaltainen.
"Olemme nyt havainneet, että Linnunradan keskellä olevan mustan aukon lähellä on voimakkaita, kiertyneitä ja järjestäytyneitä magneettikenttiä", sanoi Sara Issaoun, NASA Hubble Fellowship Program Einstein Fellow Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian Centeristä Yhdysvalloista ja projektin toinen johtaja. "Sgr A*:n polarisaatiorakenne on hämmästyttävän samanlainen kuin paljon suuremmalla ja voimakkaammalla M87*-mustalla aukolla, ja olemme oppineet, että vahvat ja järjestäytyneet magneettikentät ovat ratkaisevassa asemassa siinä, miten mustat aukot ovat vuorovaikutuksessa niitä ympäröivän kaasun ja aineen kanssa."
Kuvassa on polarisoidun valon alueen kuvat
supermassiivisista mustista aukoista M87* ja Sagittarius A*. Tämä osoittaa
tutkijoille, että mustilla aukoilla on samanlaiset magneettikenttien rakenteet.
Tämä on tärkeää, koska se viittaa siihen, että fysikaaliset prosessit, siihen
miten musta aukko käynnistää ja ylläpitää suihkun, voivat olla universaaleja
piirteitä supermassiivisille mustille aukoille. Kuvan asteikko osoittaa näiden kuvien näennäisen koon
taivaalla mikrokaarisekunneissa. Sormi kädenmitan päässä silmien edessä kattaa
taivaalla yhden asteen alueen, ja mikrokaarisekunti on 3,6 miljardia kertaa
pienempi kuin tämä kulma. Näiden mustien aukkojen kuvien näennäinen koko
taivaalla on samankokoinen kuin Kuun pinnalla näkyvä
donitsi. Kuva EHT Collaboration.
"Kuvaamalla mustien aukkojen läheisyydessä
olevaa kuuman hehkuvan kaasun polarisoitunutta valoa voimme suoraan
päätellä niiden magneettikenttien rakenteen ja voimakkuuden, jotka
ohjaavat kaasu- ja materiavirtoja ja saavat energiaa mustasta
aukosta", sanoi Angelo Ricarte, Harvardin
Black Hole Initiative -hankkeen apurahansaaja ja yksi hankkeen
vetäjistä. "Polarisoitunut valo kertoo meille paljon enemmän
astrofysiikasta, kaasun ominaisuuksista ja mekanismeista, joita mustan aukon
ruokaillessa tapahtuu."
Mustien aukkojen kuvaaminen polarisoidussa valossa ei
kuitenkaan ole yhtä helppoa kuin polarisoitujen aurinkolasien käyttäminen, ja
tämä pätee erityisesti Sgr A*:n kohdalla. Se muuttuu niin nopeasti, ettei se
pysy kuvattaessa paikoillaan. Supermassiivisen mustan aukon
kuvaaminen vaatii kehittyneempiä välineitä kuin ne, joita on aiemmin käytetty
paljon vakaamman M87*:n kuvaamiseen. EHT-projektin tutkija Taipeissa
sijaitsevan Academia Sinican tähtitieteen ja astrofysiikan
instituutista Geoffrey Bower sanoi: "Koska Sgr A*
liikkuu, kun yritämme ottaa siitä kuvaa, siitä oli vaikeaa saada aikaan edes
polarisoimatonta kuvaa", ja hän lisäsi, että Sgr A*:n
ensimmäinen kuva oli sen liikkeen
vuoksi useiden
kuvien keskiarvo. "Olimme helpottuneita, että kuvaaminen
polarisoidulla valolla oli edes mahdollista. Jotkin mallit olivat aivan liian
sekavia ja turbulentteja polarisoidun kuvan muodostamiseksi, mutta todellisuus
ei ollut niin huono."
Mariafelicia De Laurentis, EHT:n apulaistutkijan
sijainen ja Napolin Federico II -yliopiston professori
Italiassa, sanoi: "Kahden mustan aukon otoksessa, joilla on hyvin
erilaiset massat ja hyvin erilaiset isäntägalaksit, on tärkeää määrittää, miten
ne ovat samanlaisia ja miten erilaisia. Koska molemmissa on todennäköisesti
voimakkaita magneettikenttiä, niin se viittaa siihen, että tämä voi olla
universaalia, ja ehkä tämäntyyppisten kohteinen peruspiirre. Yksi näiden
kahden mustan aukon yhtäläisyyksistä voisi olla suihku, mutta vaikka olemme
kuvanneet hyvin selvän suihkun M87*:ssa, emme ole vielä löytäneet sellaista Sgr
A*:sta."
Sgr A*:n havaintojen tekemiseksi yhteistyöverkosto yhdisti
kahdeksan ympäri maailmaa sijaitsevaa teleskooppia luodakseen
virtuaalisen Maan kokoisen teleskoopin, eli EHT:n. Atacama Large
Millimeter/submillimeter Array (ALMA), jossa ESO on
mukana yhtenä kumppanina, ja ESO:n isännöimä Atacama
Pathfinder Experiment (APEX), jotka molemmat sijaitsevat
Pohjois-Chilessä, olivat osa verkostoa, joka teki havainnot vuonna
2017.
"EHT:n suurimpana ja tehokkaimpana teleskooppina
ALMA:lla oli keskeinen rooli tämän kuvan luomisessa", sanoi ESO:n María
Díaz Trigo, Euroopan ALMA-ohjelman tutkija. "ALMA:lle suunnitellaan
nyt "äärimmäistä uudistusta", Wideband
Sensitivity Upgrade -päivitystä, joka tekee ALMA:sta entistäkin
herkemmän ja pitää sen keskeisenä toimijana myös tulevissa EHT:n havainnoissa
Sgr A*:sta ja muista mustista aukoista."
EHT on tehnyt useita havaintoja vuodesta 2017 lähtien, ja
sen on määrä tehdä Sgr A* -havainto uudelleen huhtikuussa 2024. Kuvat paranevat
joka vuosi, kun EHT ottaa käyttöön uusia teleskooppeja, suurempaa
kaistanleveyttä ja uusia havaintotaajuuksia. Seuraavalle vuosikymmenelle
suunnitellut laajennukset mahdollistavat Sgr A*:sta tarkat liikkuvat kuvat,
jotka saattavat paljastaa piilossa olevan suihkun. Ne voisivat antaa
tähtitieteilijöille mahdollisuuden samanlaisten polarisaatio-ominaisuuksien
havaitsemiseen kuin muissa mustissa aukoissa. Toisaalta EHT:n laajentaminen
avaruuteen tarkoittaisi mustista aukoista tarkempia kuvia kuin koskaan aiemmin.
Lisätietoa
Tämä tutkimus on esitelty kahdessa EHT-kollaboraation
julkaisemassa artikkelissa, jotka julkaistaan tänään The Astrophysical Journal Letters -lehdessä. Artikkelit
ovat: "First Sagittarius A* Event Horizon Telescope Results. VII.
Polarization of the Ring" ja "First Sagittarius A* Event
Horizon Telescope Results. VIII.: Physical interpretation of the polarized ring".