Az Eseményhorizont Távcső (Event Horizon Telescope, EHT) kollaboráció, amely az első képet alkotta egy fekete lyukról, ma a Messier 87 (M87) galaxis közepén lévő nagy tömegű objektum egy új képét vetítette elénk: hogyan néz ki polarizált fényben.
Ez az első alkalom, hogy csillagászok ilyen közel egy fekete lyuk széléhez polarizációt, a mágneses terek egyik jelét tudták kimérni. A megfigyelések kulcsfontosságúak ahhoz, hogy megmagyarázzuk, hogyan képes az M87 jelű galaxis nagy energiájú anyagkilövelléseket (jeteket) kilőni a magjából.
Már látjuk a következő bizonyítékot, hogy megértsük, hogyan viselkednek a fekete lyukak körüli mágneses terek, és ennek a nagyon kompakt térrésznek az aktivitása hogyan működtet erőteljes jeteket, amelyek túlnyúlnak a galaxison” — mondta Monika Mościbrodzka, az EHT Polarimetriai Munkacsoportjának koordinátora, a hollandiai Radboud Egyetem adjunktusa.
2019. április 10-én a tudósok bemutatták a legelső képet egy fekete lyukról, felfedve egy fényes gyűrű alakú struktúrát egy központi sötét régióval — a fekete lyuk árnyékát. Azóta az EHT kollaboráció jobban elmélyedt az M87 galaxis szívében lévő, nagyon nagy tömegű objektum 2017-ben gyűjtött adataiban. Felfedezték, hogy az M87 fekete lyuka körüli fény jelentős része polarizált.
Ez a munka jelentős mérföldkő: a fény polarizációja olyan információt hordoz, amelynek segítségével jobban megértjük a 2019 áprilisában látott kép mögötti fizikát, és ez előtte nem volt lehetséges” — magyarázza Iván Martí-Vidal, szintén az EHT Polarimetriai Munkacsoportjának koordinátora és a spanyolországi Valenciai Egyetem kutatója. Hozzáteszi: „ennek a polarizált fényben készített képnek a megalkotásához évek munkája volt szükséges, az adatok megszerzésének és analizálásának komplex technikája miatt”.
A fény akkor válik polarizálttá, amikor bizonyos szűrőkön halad keresztül, például polarizált napszemüvegek lencséin, vagy amikor az űr forró régióiból sugárzódik ki, ahol mágneses mező van jelen. Ahogyan a polarizált napszemüvegek csökkentik a fényes felületek tükröződését és csillogását, hogy jobban lássunk, úgy a csillagászok is élesíteni tudják a fekete lyuk körüli régió látványát, azáltal, hogy az onnan érkező fény polarizált.
A polarizációval a csillagászok fel tudják térképezni a fekete lyuk pereménél lévő mágneses erővonalakat.
„Ezek az újonnan publikált polarizált képek kulcsfontosságúak, hogy megértsük, hogyan engedik meg a fekete lyuknak a mágneses terek, hogy anyagot ‘egyen’ és erőteljes jeteket indítson el”, mondta Andrew Chael, az EHT kollaboráció tagja, a NASA Hubble-ösztöndíjának nyertese, a Princeton Center for Theoretical Science és a Princeton Gravity Initiative tudományos munkatársa.
Az energiából és anyagból álló fényes jetek, amelyek az M87 magjából származnak, és a központjától legalább 5000 fényévnyire kinyúlnak, a galaxisok egyik legrejtélyesebb és legenergikusabb jelenségei. A legtöbb anyag ilyen közel kerülve a fekete lyuk széléhez behullik. Azonban a környező részecskék egy része pillanatokkal a behullás előtt megszökik, és jetek formájában kifújódik a távoli űrbe.
Hogy megértsék, hogy viselkedik az anyag a fekete lyuk közelében, a csillagászok különböző modellekre támaszkodnak. De még mindig nem tudják pontosan, hogy a galaxisoknál is kiterjedtebb jetek hogyan bocsátódnak ki egy nagyságrendileg Naprendszer-méretű központi régióból, vagy hogy az anyag pontosan hogyan hullik be a fekete lyukba.
Az EHT új, a fekete lyukról és annak az árnyékáról polarizált fényben készült képével a csillagászoknak először sikerült közvetlenül a fekete lyukon kívüli régiót megfigyelni, ahol az anyag áramlásának és kibocsátásának kölcsönhatása zajlik.
A megfigyelések új információt szolgáltatnak a fekete lyukon közvetlen kívül található mágneses terek struktúrájáról. A csapat azt találta, hogy csak azok a modellek tudják megmagyarázni az eseményhorizontnál látottakat, amelyek erősen mágnesezett gázt tartalmaznak.
A megfigyelések azt sugallják, hogy a fekete lyuk szélén lévő mágneses terek elég erősek, hogy a forró gázt visszanyomják, és segítsenek ellenállni a gravitációs húzóerőnek” — magyarázza Jason Dexter, a Colorado Boulder Egyetem adjunktusa és az EHT Elméleti Munkacsoportjának koordinátora.
Hogy megfigyeljék az M87 galaxis szívét, a kollaboráció nyolc távcsövet kapcsolt össze szerte a világon — beleértve az észak-chilei Atacama Large Millimeter/submillimeter Array-t (ALMA) és a Atacama Pathfinder EXperiment-et (APEX), amelyek esetében az Európai Déli Obszervatórium (European Southern Observatory, ESO) partnerszervezet — hogy egy virtuális Föld-méretű távcsövet, az EHT-t létrehozzák. Ez a lenyűgöző felbontás elegendő egy bankkártya hosszának megméréséhez a Hold felszínén.
Az ALMA-val és az APEX-szel, amelyek déli elhelyezkedésüknek köszönhetően megnövelik az EHT hálózat földrajzi kiterjedését, ezáltal a képminőséget, az európai tudósok központi szerepet játszottak a kutatásban” — mondta Francisca Kemper, az európai ALMA Program tudósa. „66 távcsövével az ALMA dominálj az átfogó jelgyűjtést a polarizált fényben, míg az APEX a kép kalibrációjánál volt létfontosságú”.
„Az ALMA-adatok fontosak voltak az EHT megfigyeléseinek kalibrálásában, képalkotásában és értelmezésében, hogy leszűkítsék azokat az elméleti modelleket, amelyek magyarázni tudják, hogy az anyag hogyan viselkedik a fekete lyuk eseményhorizontjának közelében” — tette hozzá Ciriaco Goddi, a hollandiai Radboud Egyetem és a Leideni Obszervatórium kutatója, aki egy kísérő kutatást vezetett, amely csakis az ALMA-adatokra hagyatkozott.
Az EHT segítségével a csapat közvetlenül meg tudta figyelni a fekete lyuk árnyékát és a körülötte lévő fénygyűrűt, a polarizált fényben alkotott új képek pedig tisztán mutatják, hogy a gyűrű mágnesezett. Az eredményeket az EHT kollaboráció két külön publikációban, a The Astrophysical Journal Letters folyóiratban jelentette meg. A kutatásban világszerte több szervezet és egyetem több mint 300 kutatója vett részt.
„Az EHT a hálózat technológiai korszerűsítéseivel nagyon gyorsan fejlődik, és új obszervatóriumokkal bővül. A jövőbeli EHT megfigyelésektől azt várjuk, hogy pontosabban megmutatják a fekete lyuk körüli mágneses tér struktúráját, és többet árulnak el az ebben a régióban található forró gáz fizikájáról” — foglalta össze Jongho Park, a tajvani Academia Sinica Csillagászati és Asztrofizikai Intézet munkatársa.
