Първо директно изображение на черна дупка, изхвърляща мощна струя

Помните ли първото в историята изображение на сянката на черната дупка в центъра на галактиката Messier 87 (M87)?

Сега за първи път астрономите са направили "снимка" заедно и на акреационния диск, и на мощната струя, изхвърлена от същата свръхмасивна черна дупка M87*.

Наблюденията са направени през 2018 г. с телескопи от Global Millimeter VLBI Array (GMVA), Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) и Гренландския телескоп (GLT). Благодарение на това ново изображение астрономите могат по-добре да разберат как черните дупки могат да изстрелват такива енергийни струи.

Повечето галактики крият свръхмасивна черна дупка в центъра си. Въпреки че черните дупки са известни с това, че поглъщат материя в непосредствена близост до тях, те също могат да изстрелват мощни струи материя, които се простират отвъд галактиките, в които живеят. Да се разбере как черните дупки създават такива огромни струи, е дългогодишен проблем в астрономията.

„Знаем, че струите се изхвърлят от района около черните дупки “, коментира Ру-Сен Лу (Ru-Sen Lu) от Шанхайската астрономическа обсерватория в Китай, „ но все още не разбираме напълно как това всъщност се случва. За да изучим това директно, трябва да наблюдаваме произхода на струята възможно най-близо до черната дупка.

Новото изображение, публикувано вчера, показва точно това за първи път: как основата на струя се свързва с материята, която се върти около свръхмасивната черна дупка. Целта е галактиката M87, разположена на 55 милиона светлинни години, в чиято сърцевина се намира черна дупка, която е 6,5 милиарда пъти по-масивна от Слънцето.

Предишни наблюдения успяха да изобразят отделно региона близо до черната дупка и струята, но сега за първи път двете характеристики се наблюдават заедно.

„Това ново изображение допълва картината, показвайки региона около черната дупка и струята едновременно“, добавя Че-Йонг Ким (Jae-Young Kim) от Националния университет Kyungpook в Южна Корея и Института Макс Планк за радиоастрономия в Германия.

Изображението е получено с GMVA , ALMA и GLT , образуващи мрежа от радиотелескопи по целия свят, работещи заедно като виртуален телескоп с размерите на Земята. Такава голяма мрежа може да различи много малки детайли в района около черната дупка на M87.

Новото изображение показва струята, излизаща близо до черната дупка, както и това, което учените наричат ​​сянката на черната дупка. Докато материята обикаля около черната дупка, тя се нагрява и излъчва светлина. Черната дупка огъва и улавя част от тази светлина, създавайки пръстеновидна структура около черната дупка, както се вижда от Земята. Тъмнината в центъра на пръстена е сянката на черната дупка, която бе заснета за първи път от телескопа Event Horizon (EHT) през 2017 г. И това ново изображение, и EHT комбинират данни, взети с няколко радиотелескопа по целия свят, но изображението, публикувано сега, показва радиосветлината, излъчвана при по-голяма дължина на вълната от EHT: 3,5 мм вместо 1,3 мм.

„При тази дължина на вълната можем да видим как струята излиза от излъчващия пръстен около централната свръхмасивна черна дупка“, обяснява Томас Крихбаум (Thomas Krichbaum) от Института за радиоастрономия Макс Планк.

Размерът на пръстена, наблюдаван от мрежата GMVA, е приблизително 50% по-голям в сравнение с изображението на Event Horizon Telescope.

"За да разберем физическия произход на по-големия и по-дебел пръстен, трябваше да използваме компютърни симулации, за да тестваме различни сценарии", обяснява Кеичи Асада (Keiichi Asada) от Academia Sinica в Тайван.

Резултатите показват, че новото изображение разкрива повече от материала, който пада към черната дупка от това, което може да се наблюдава с EHT.

Тези нови наблюдения на черната дупка на M87 са проведени през 2018 г. с GMVA, който се състои от 14 радиотелескопа в Европа и Северна Америка. Освен това две други съоръжения са били свързани с GMVA: Гренландският телескоп и ALMA. ALMA се състои от 66 антени в чилийската пустиня Атакама и изиграва ключова роля в тези наблюдения.

Данните, събрани от всички тези телескопи по света, се комбинират с помощта на техника, наречена интерферометрия, който синхронизира сигналите, приемани от всяко отделно съоръжение. Но за правилното улавяне на действителната форма на астрономически обект е важно телескопите да са разпръснати по цялата Земя.

Бъдещите наблюдения с тази мрежа от телескопи ще продължат да разкриват как свръхмасивните черни дупки могат да изстрелват мощни струи, наречени джетове.

Учените планират да наблюдават района около черната дупка в центъра на M87 на различни дължини на радиовълните, за да проучим допълнително излъчването на струята. Такива едновременни наблюдения ще позволят на екипа да разплита сложните процеси, които се случват в близост до свръхмасивната черна дупка.

Справка: A ring-like accretion structure in M87 connecting its black hole and jet
Ru-Sen Lu et al. Nature 616, 686–690 (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-023-05843-w 

Източник: First direct image of a black hole expelling a powerful jet
ESO

Още по темата

11/05/2022

Космос

Двойка сливащи се свръхмасивни черни дупки през взаимна гравитационна леща (видео)

25/03/2021

Космос

Ново изображение на черната дупка в M87, показващо магнитните полета на ръба й (видео)

10/04/2020

Космос

На тази дата бе показана първата реална снимка на сянката на черна дупка

01/05/2019

Космос

Вижте как черната дупка М87 изхвърля високоенергийни джетове с почти светлинна скорост