Toinen musta aukko Sgr A*:n vieressä

Kölnin yliopistossa työskentelevän astrofyysikko Florian Peißkerin johtama tutkijaryhmä on havainnut Linnunradan keskustassa olevan musta aukon vierestä välimassaisen musta aukon (IMBH). Näiden kahden mustan aukon välinen etäisyys on vain 0,1 valovuotta.

IRS 13: een NACO: n ja ALMA: n kanssa tehdyt havainnot. Lähde: The Astrophysical Journal (2024). DOI: 10.3847 / 1538-4357 / ad4098.

Löydetty välimassinen musta aukko sijaitsee tähtijoukossa IRS 13. Tutkijat tarkkailivat joukon tähtien liikkeitä ja havaitsivat niiden olevan järjestäytyneitä, satunnaisten liikesuuntien sijaan. Suurimmat nopeudet olivat noin 130 km/s ja tähtien liikeratoihin vaikuttaa voimakkaasti joukossa oleva massapiste.

Laskelmat osoittivat, että massapisteen täytyi olla musta aukko, sillä sen massaksi laskettiin noin 32 000 auringonmassaa. Tämän tarkoitti, että IRS 13 musta aukko on ns. välimassainen musta aukko. Välimassaisilla mustilla aukoilla ymmärretään mustia aukkoja, joiden massa asettuu yhdestä tähdestä muodostuneen mustan aukon (maksimissaan 80 auringonmassaa) ja galaksien ytimissä sijaisevien miljoonien auringonmassaisten mustien aukkojen väliin. Tällaisia kohteita tunnetaan vain kymmenkunta.

ISR 13 havaittiin ensikerran noin 25 vuotta sitten. Aluksi sen arveltiin olevan massiivinen tähti. Nopeasti kuitenkin paljastui, että se saattoi olla liian massiivinen yhdeksi tähdeksi, joten sitä alettiin pitää kaksoistähtenä. Sekään ei selittänyt kaikkia havaintoja ja niinpä tutkijat päätyivät olettamaan sen olevan hyvin massiivinen Wolfin–Rayetin tähti, joka olisi muuttumassa supernovaksi lähiaikoina. Seuraava vaihe tutkimuksessa oli se, että ISR 13 todettiin olevan tähtijoukko. Tosin tähtijoukkona olemassaolo näin lähellä 4,3 miljoonan auringonmassaisen mustan aukon välittömässä läheisyydessä herätti ihmetystä. Sen ei uskottu pystyvän pysymään koossa, ennekuin nyt tämän uuden tutkimuksen mukaan sille saatiin luotettava selitys.

Tutkimuksesta on raportoitu The Astrophysical Journal tiedejulkaisun vol 970 no 1 heinäkuun 18. päivänä 2024 otsikolla "The Evaporating Massive Embedded Stellar Cluster IRS 13 Close to Sgr A*. II. Kinematic Structure". Artikkeli on luettavissa kokonaisuutenaan pdf-formaatissa.

IRS 13 ei ole ainoa tähtijoukko Linnunradan mustan aukon välittömässä läheisyydessä. Esimerkiksi IRS 16 on toinen merkittävä tähtijoukko, joka sisältää monia hyvin massiivisia tähtiä. Näiden muiden tähtijoukkojen keskustoissa ei ole yhtä selviä todisteita mustista aukoista. Kuitenkin tällaiset joukot ja niiden mahdolliset mustat aukot ovat edelleen aktiivisen tutkimuksen kohteena, koska ne voivat tarjota tärkeitä tietoja galaktisen ytimen dynamiikasta ja mustien aukkojen muodostumisesta.

Tähtitieteilijät ovat paljastaneet Linnunradan keskustan mustan aukon reunalla kiertyvän voimakkaan magneettikentän

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.

Event Horizon Telescope (EHT) yhteistyöverkoston kuvaamien kahden mustan aukon kokovertailu. M87* sijaitsee Messier 87 -galaksin ytimessä ja Sagittarius A* (Sgr A*) sijaitsee Linnunradan keskellä. Kuvassa on Sgr A*:n mittakaava sekä M87*:een, että muihin aurinkokunnan kohteisiin, kuten Pluton ja Merkuriuksen kiertoratoihin, verrattuna. Myös Auringon halkaisija ja Voyager 1 -avaruusluotaimen nykyinen sijainti, on merkattuna. Voyager 1 on tällä hetkellä kauimpana Maasta oleva luotain. M87* sijaitsee 55 miljoonan valovuoden etäisyydellä, ja se on yksi suurimmista tunnetuista mustista aukoista. Sgr A* on 27000 valovuoden päässä meistä, ja se massa on noin neljä miljoonaa Auringon massaa. M87* painaa kuitenkin kuusisataa kertaa enemmän. Niiden suhteellisten etäisyyksien vuoksi molemmat mustat aukot näyttävät taivaalla samankokoisilta. Kuva EHT collaboration.

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.

 Valo on sähkömagneettista aaltoliikettä, joka fotoneissa oleva energia värähtelee sähkökentän ja sitä kohtisuoraan olevan magneettikentän välillä. Joissakin olosuhteissa (yleensä magneettikentän vaikutuksesta tai valon heijastuessa vedestä tai metallipinnasta) värähtely tapahtuu erityisesti tietyssä suunnassa, jolloin kutsumme sitä "polarisoiduksi". Vaikka polarisoitunut valo ympäröi meitä, ihmissilmä ei erota sitä "normaalista" valosta. Mustia aukkoja ympäröivässä plasmassa magneettikentän viivojen ympärillä kieppuvat hiukkaset aiheuttavat polarisaatiokuvion, joka on kohtisuorassa kenttää vastaan. Tämän ansiosta tähtitieteilijät voivat nähdä yhä tarkemmin, mitä mustien aukkojen alueilla tapahtuu, ja kartoittaa niiden magneettikentän rakennetta.

"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". 

Linnunradan ytimessä olevan musta aukon kuva

eso2208-eht-mwfi — Tutkimustiedote

Tänään, samanaikaisissa lehdistötilaisuuksissa ympäri maailmaa, myös Euroopan eteläisen observatorion (ESO) päämajassa Saksassa, on julkistettu mullistava uusi tulos. Tähtitieteilijät paljastivat ensimmäisen kuvan galaksimme ytimessä olevasta mustasta aukosta. Tämä tulos antaa ylivoimaista näyttöä siitä, että kohde todellakin on musta aukko. Tulos antaa arvokkaita vihjeitä näiden jättiläisten toiminnasta, joiden uskotaan löytyvän useimpien galaksien keskeltä. Kuvan on tuottanut Event Horizon Telescope (EHT) Collaboration -tutkimusryhmä käyttämällä maailmanlaajuisen radioteleskooppiverkoston tekemiä havaintoja.

Event Horizon Telescope (EHT) yhteistyöhankkeen tutkijat ovat koostaneet kuvan (ylhäällä) oman galaksimme keskustan mustasta aukosta, nimeltään Sagittarius A* (tai Sgr A*), yhdistämällä suuren joukon EHT:n havainnoista laadittuja kuvia.

Pääkuva on tehty keskiarvoistamalla tuhansia yksittäisiä kuvia, jotka on laadittu erilaisia laskentamenetelmiä käyttäen, ja jotka kaikki sopivat tarkasti EHT:n mittausdataan. Tämä keskiarvoistettu kuva säilyttää ne piirteet, jotka esiintyvät vaihtelevissa kuvissa usein ja toisaalta vaimentaa niitä piirteitä, jotka esiintyvät harvoin. 

EHT:n laatimat kuvat voidaan myös jakaa neljään ryhmään niiden samankaltaisten piirteiden perusteella. Alarivin neljä keskiarvoistettua kuvaa edustavat näitä ryhmiä. Kolmen ryhmän kuvissa esiintyy rengasmainen rakenne, joskin kirkkaat alueet näissä renkaissa ovat jakautuneet eri tavalla ryhmien välillä. Neljännessä ryhmässä esiintyy kuvia, joissa ei ole rengasmaista rakennetta.

Pylväsdiagrammit alarivin kuvissa esittävät kuhunkin ryhmään kuuluvien kuvien suhteellista osuutta. Jokaisessa kolmesta ensimmäisestä ryhmästä on tuhansia kuvia, kun taas neljäs ja pienin ryhmä sisältää vain joitain satoja kuvia. Pylväiden korkeudet kuvaavat sitä suhteellista painoarvoa, joka kullakin ryhmällä on ylärivin keskiarvoistetussa kuvassa. 

Tämän kuvan takana olevaan EHT-verkostoon kuuluvat muiden tutkimuslaitosten lisäksi Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) ja Atacama Pathfinder Experiment (APEX), jotka sijaitsevat Chilessä Atacaman autiomaassa. ESO on yksi näiden teleskooppien omistajista ja se hallinnoi teleskooppeja Euroopassa jäsenvaltioidensa puolesta.

Kuva: EHT Collaboration.

Kuva on kauan odotettu näkymä galaksimme keskellä olevaan massiiviseen kohteeseen. Tutkijat olivat aiemmin nähneet tähtien kiertävän jotain näkymätöntä, kompaktia ja erittäin massiivista kappaletta Linnunradan keskellä. Tämä viittasi vahvasti siihen suuntaan, että kohde, joka tunnetaan nimellä Sagittarius A* (Sgr A*) on musta aukko. Tämän päivän kuva on siitä ensimmäinen suora, visuaalinen todiste. 

Vaikka itse mustaa aukkoa ei voi nähdä, sitä ympäröivä kertymäkiekko, hehkuvaa kaasua, paljastaa mustan aukon ominaisen tunnusmerkin. Tummaa keskialuetta, jota kutsutaan varjoksi, ympäröi kirkas rengasmainen rakenne. Uuteen kuvaan on tallentunut valoa, jota mustan aukon valtava gravitaatio taivuttaa. Musta aukko on yli neljä miljoonaa kertaa massiivisempi kuin Aurinko.

”Meitä hämmästytti se, kuinka tarkasti renkaan koko vastasi Einsteinin yleiseen suhteellisuusteoriaan perustuvia ennusteita”, sanoi Geoffrey Bower, EHT-projektitutkija tähtitieteen ja astrofysiikan instituutista Academia Sinica Taipeista Taiwanista. ”Nämä ennennäkemättömät havainnot ovat edistäneet huomattavasti käsitystämme siitä, mitä aivan galaksimme ytimessä tapahtuu ja miten tällaiset jättimäiset mustat aukot ovat vuorovaikutuksessa ympäristönsä kanssa.”  EHT-tiimin tulokset julkaistiin tänään The Astrophysical Journal Letters -lehden erikoisnumerossa. 

Koska musta aukko on noin 27 000 valovuoden etäisyydellä Maasta. Kuvatakseen mustaa aukkoa tiimi yhdisti kahdeksan maailman eri kolkissa sijaitsevaa radioteleskooppia yhdeksi maapallon kokoiseksi virtuaaliteleskoopiksi  [1]. EHT havainnoi 2017 Sagittarius A*:ta useana yönä keräten tietoa monen tunnin ajalta eli samalla periaatteella kuin käytettäessä pitkää valotusta tavallisella kameralla.

Muiden havaintoyksiköiden lisäksi radio-observatorioiden muodostamaan EHT-verkostoon kuuluvat Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) ja Atacama Pathfinder Experiment (APEX) Atacaman autiomaassa Chilessä. ESO on yksi näiden teleskooppien omistajista ja se hallinnoi teleskooppeja Euroopassa jäsenvaltioidensa puolesta. Eurooppa osallistuu EHT-havaintoihin myös muilla radio-observatorioillaan: IRAM 30-metrin teleskooppi Espanjassa ja vuodesta 2018 lähtien NOrthern Extended Millimeter Array (NOEMA) Ranskassa, sekä supertietokone, jolla EHT-data yhdistetään Max Planck Institute for Radio Astronomy -instituutissa Saksassa. Tämän lisäksi Eurooppa on rahoittanut EHT-konsortiohanketta Euroopan tutkimusneuvoston ja Saksan Max Planck Society -yhdistyksen avustuksilla.

”On erittäin jännittävää, että ESO:lla on ollut niin tärkeä rooli mustien aukkojen ja erityisesti Sgr A*:n mysteerien selvittämisessä useiden vuosien ajan”, kommentoi ESO:n pääjohtaja Xavier Barcons. ”ESO ei ainoastaan osallistunut EHT-havaintoihin ALMA- ja APEX-observatorioiden kautta, vaan oli mukana myös muiden Chilessä sijaitsevien observatorioiden kautta joissain aikaisemmissa galaksimme keskustaa koskevissa läpimurtohavainnoissa.” [3]

Ennen tätä läpimurtoa EHT-yhteistyöhanke julkaisi vuonna 2019 ensimmäisen kuvan M87*-nimisestä mustasta aukosta, joka on kauempana olevan Messier 87 -galaksin keskellä.

Nämä kaksi mustaa aukkoa näyttävät huomattavan samanlaisilta, vaikka oman galaksimme musta aukko on yli tuhat kertaa pienempi ja vähemmän massiivinen kuin M87* [2]. ”Kyseessä on kaksi hyvin erilaista galaksia ja kaksi erilaista mustaa aukkoa. Kun katsomme mustien aukkojen reunoja tarpeeksi läheltä, ne näyttävät kuitenkin hämmästyttävän samalta”, sanoi Sera Markoff, EHT:n tiedeneuvoston puheenjohtaja ja teoreettisen astrofysiikan professori Amsterdamin yliopistosta Hollannista. ”Tämä kertoo meille, että mustan aukon lähellä yleinen suhteellisuusteoria määrittää, miltä ne näyttävät. Kaikki erot, joita näemme kauempana, johtuvat eroista aukkoja ympäröivässä aineessa.” 

Sagittarius A*:n kuvaaminen oli huomattavasti haastavampi tehtävä kuin M87*:n kuvaaminen, vaikka Sagittarius A* on paljon lähempänä maapalloa. EHT-tutkija Chi-kwan Chan Yhdysvalloissa sijaitsevasta Arizonan yliopiston Steward-observatoriosta selitti: ”Kaasu liikkuu molempien mustien aukkojen läheisyydessä samalla nopeudella, lähes valonnopeudella. Kun kaasulla kestää päiviä tai viikkoja kiertää suuremman M87*:n ympäri, kaasu ehtii paljon pienemmän Sagittarius A*:n ympäri muutamassa minuutissa. Tämän takia Sagittarius A*:n ympärillä olevan kaasun kirkkaus ja muodostelma muuttui nopeaa tahtia EHT:n havainnoidessa sitä. Kuin yrittäisi ottaa selkeän kuvan koiranpennusta, joka jahtaa häntäänsä täyttä vauhtia.”

Tutkijoiden oli kehitettävä uusia työkaluja, jotka pystyivät ottamaan kaasun liikkeen huomioon. M87* oli helpompi ja vakaampi kohde, josta otetut kuvat näyttivät lähes aina samalta mutta toisin oli Sagittarius A*:n osalta. Nyt julkaistu kuva on keskiarvo tiimin ottamista eri kuvista, joista lopulta paljastui ensimmäistä kertaa galaksin keskellä piileskelevä jättiläinen.

Mullistavan kuvan ottaneeseen EHT-yhteistyöhankkeeseen kuului yli 300 tutkijaa 80 eri yliopistosta ympäri maailmaa. Tiimi kehitti monimutkaisia työkaluja Sagittarius A*:n kuvaamiseen liittyvien haasteiden ratkaisemiseksi ja työskenteli uupumatta viiden vuoden ajan. Dataa yhdisteltiin ja analysoitiin supertietokoneilla, ja havaintojen vertailuun kerättiin ennennäkemätön kirjasto simuloiduista mustista aukoista. 

Kahden eri kokoisen mustan aukon kuvat avaavat tutkijoille uusia mahdollisuuksia ymmärtää niiden samankaltaisuuksia ja eroja. Tutkijat ovat myös alkaneet käyttää uutta kuvaa testatakseen teorioita ja malleja siitä, miten kaasu käyttäytyy supermassiivisten mustien aukkojen ympärillä. Tätä prosessia ei vielä ymmärretä täysin, mutta sen uskotaan olevan tärkeässä roolissa galaksien muodostumisessa ja kehittymisessä.

”Nyt näiden kahden supermassiivisen mustan aukon välisiä eroja voidaan tutkia ja saada arvokkaita uusia vihjeitä tämän tärkeän prosessin toiminnasta”, sanoi EHT:n tutkija Keiichi Asada tähtitieteen ja astrofysiikan instituutista Academia Sinica Taipeista Taiwanista. ”Meillä on nyt kuvia kahdesta mustasta aukosta, joista toinen on maailmankaikkeuden supermassiivisten mustien aukkojen suuremmasta päästä ja toinen pienemmästä. Siksi painovoiman toimintaa näissä äärimmäisissä ympäristöissä voidaan tutkia paljon syvällisemmin kuin ennen.”

EHT:n kehitys jatkuu edelleen: maaliskuussa 2022 järjestetyssä havaintokampanjassa oli mukana enemmän teleskooppeja kuin koskaan ennen. EHT-verkoston jatkuvan laajentumisen ja merkittävien teknologisten kehitysaskeleiden ansiosta tutkijat voivat lähitulevaisuudessa tuottaa mustista aukoista entistä vaikuttavampia kuvia ja videoita. 

---

Tämä tutkimus on esitelty kuudessa tänään The Astrophysical Journal Letters -lehdessä julkaistussa tieteellisessä artikkelissa.

Taustatietoja 

EHT-yhteistyöverkostoon kuuluu yli 300 tutkijaa Afrikasta, Aasiasta, Euroopasta, Pohjois- ja Etelä-Amerikasta. Kansainvälisen yhteistyön tarkoituksena on maailman tarkimpien musta aukko kuvien ottaminen virtuaalista maapallon kokoista virtuaaliteleskooppia käyttäen. Huomattavan kansainvälisen panostuksen avulla EHT yhdistää olemassa olevia teleskooppeja uusien järjestelmien avulla ja siten muodostaa olennaisesti uuden havaintolaitteen, minkä erotuskyky on suurempi kuin millään muulla laitteella.

EHT-konsortio koostuu 13:sta sidosryhmään kuuluvasta instituutista: Academia Sinica Institute of Astronomy and Astrophysics, University of Arizona, University of Chicago, East Asian Observatory, Goethe-Universitaet Frankfurt, Institut de Radioastronomie Millimétrique, Large Millimeter Telescope, Max Planck Institute for Radio Astronomy, MIT Haystack Observatory, National Astronomical Observatory of Japan, Perimeter Institute for Theoretical Physics, Radboud University ja Smithsonian Astrophysical Observatory.

ALMA (Atacama Large Millimetre/submillimetre Array) on kansainvälinen tähtitieteen tutkimusyksikkö, joka on ESO:n, Yhdysvaltain kansallisen tiedesäätiön NSF:n ja Japanin kansallisten luonnontiedeinstituuttien NINS:n välinen kumppanuushanke yhteistyössä Chilen tasavallan kanssa. ALMA:a rahoittavat Euroopassa Euroopan eteläinen observatorio (ESO), Pohjois-Amerikassa (NSF) yhteistyössä Kanadan kansallisen tutkimusneuvoston (NRC) ja Taiwanin kansallisen tiedeneuvoston (NSC) kanssa sekä Itä-Aasiassa yhteistyössä Taiwanin Academia Sinican (AS) ja Korean tähtitieteen ja avaruustieteiden instituutin (KASI) kanssa. ALMA:n rakentamista ja toimintaa ohjaa ESO, Pohjois-Amerikan osalta Kansallinen radiotähtitieteen observatorio (NRAO), jota hallinnoi Associated Universities, Inc. (AUI), ja Itä-Aasian osalta Japanin Kansallinen tähtitieteellinen observatorio (NAOJ). Yhteinen ALMA-observatorio (JAO) huolehtii ALMA:n rakentamisen, kokoonpanon ja operaation yhtenäisestä johdosta ja hallinnoinnista.

APEX (Atacama Pathfinder EXperiment) on infrapunasäteilyn ja radioaaltojen väliin sijoittuvia millimetri- ja alimillimetriaaltoja havainnoiva 12-metrinen teleskooppi. ESO operoi teleskooppia 5 100 metrin korkeudella korkealla Chajnantorin tasangolla Chilessä Atacaman alueella. Paikka on yksi maailman korkeimmalla paikalla sijaitsevista obervatorioista. Teleskooppi on Max Planck Institute for Radio Astronomyn (MPIfR) ja Onsala Space Observatoryn (OSO), sekä ESO:n yhteishanke.

ESO perustettiin hallitustenväliseksi järjestöksi vuonna 1962 ja nykyään ESO:ssa on mukana 16 jäsenvaltiota (Itävalta, Belgia, Tšekki, Tanska, Ranska, Suomi, Saksa, Irlanti, Italia, Alankomaat, Puola, Portugali, Espanja, Ruotsi, Sveitsi ja Yhdistynyt kuningaskunta) yhdessä Chilen isäntävaltion kanssa ja Australian kanssa strategisena kumppanina. ESO:n pääkonttori ja sen vierailijakeskus ja planetaario, ESO Supernova, sijaitsevat lähellä Müncheniä Saksassa.

Chilen Atacaman aavikko on upea paikka, jossa on ainutlaatuiset olosuhteet tähtitaivaan tarkkailuun. ESO:lla on kolme havaintopaikkaa: La Silla, Paranal ja Chajnantor. Paranalissa ESO operoi Very Large Telescope (VLT) kaukoputkea ja siihen liittyvää Very Large Telescope Interferometria sekä paikalla sijaitsevia taivaankartoitusteleskooppeja: infrapuna-alueella toimivaa VISTAa ja näkyvän valon alueella toimivaa VLT Survey Teleskooppia.

Paranalissa ESO isännöi ja operoi myös Cherenkov Telescope Array South havaintolaitetta, joka on maailman suurin ja herkin gamma-alueella havaitseva observatorio. ESO operoi yhdessä kansainvälisten kumppaneiden kanssa APEX- ja ALMA-observatriota Chajnantorilla, jotka ovat kaksi millimetri- ja alimillimetrin alueella toimivaa havaintolaitetta. ESO rakentaa parhaillaan Paranalin lähelle Cerro Armazonesille "maailman suurinta silmää taivaalle”, ESO:n Erittäin suurta kaukoputkea (Extremely Large Telescope, ELT).

Kaasunauha kiertää Linnunratamme mustaa aukkoa

Taiteilijan näkemys Linnunradan
mustaa aukkoa kiertävästä
Kaasunauhasta. Kuva ESO.

Linnunratamme keskustassa oleva noin 4 miljoonan Auringon massainen musta aukko on epätavallisen rauhallinen. Siihen putoava ainemäärä on hyvin vähäinen ja niinpä se ei tuota tällä hetkellä pyörimisakselinsa suuntaista hiukkassuihkua. Nyt uusimmat tutkimukset ovat paljastaneet, että tilanne ei ole aivan näin tyyni, vaan galaksimme keskustassa noin kolmen maapallon massainen kaasupilvi on kiertymässä mustan aukon ympäri.

Pilven alkuperää ei tunneta, mutta tutkijat arvelevat sen syntyneen mustaa aukkoa hyvin lähellä kiertävien tähtien synnyttämästä tähtituulesta. Pilvessä ei ole havaittavissa tähteä, joka olisi voinut olla sen alkulähteenä.

Itse kaasupilvi on venynyt joutuessaan radallaan suhteellisen lähelle mustaa aukkoa. Pilven vauhti on noin 1 % valonnopeudesta (noin 3 000 km/s) mutta sen ääripäiden välinen nopeusero on peräti 500 km/s. Pilven etupää on jo ohittanut mustaa aukkoa lähinnä olevan radan pisteen, mutta jälkipää on edelleen lähestymässä sitä.

VLT-teleskoopin tuottama kuva
kaasunauhasta. Kuva ESO.

Linnunradan keskusta sijaitsee Jousimiehen tähdistön alueella eteläisellä tähtitaivaalla. Keskustan alue on sen verran etelässä, että se ei nouse Suomessa horisontin yläpuolelle. Sen sijaan jo Välimeren seudulla alue on näkyvissä. Visuaalisesti siinä ei ole kovinkaan paljoa nähtävää, sillä tummat pölypilvet peittävät galaksimme keskustan. Havaintoja alueen tapahtumista voidaan tehdä radioaalloilla sekä infrapunaisen ja röntgensäteilyn aallonpituuksilla. Keskustan alue tunnetaankin radiotähtitieteessä Sagitarius A* (Sgr A*) radiolähteenä.

Saksalais-yhdysvaltalainen tutkimusryhmä käytti havaintoihinsa ESOn VLT-kaukoputkea havaintolaitteineen yli 20 tuntia. ESO on Euroopan eteläinen observatorio, jonka observatoriot sijaitsevat Chilessä: La Silla, Paranal ja Chajnantor. VLT-teleskoopit (4 kpl) sijaitsevat Parnalissa.

Chandra-röntgenkaukoputken ottama
kuva Linnunradan keskustan
alueesta eri vuosina. Kuva Nasa.

ESOon kuuluu viisitoista eurooppalaista jäsenvaltiota: Alankomaat, Belgia, Brasilia, Espanja, Iso-Britannia, Italia, Itävalta, Portugali, Ranska, Ruotsi, Saksa, Suomi, Sveitsi, Tanska ja Tšekin tasavalta.