Neues Bild eines Schwarzen Lochs enthüllt „flauschigen“ Ring – Ars Technica

Enthüllt von Astronomen heute Neue Bilder vom Schwarzen Loch Im Zentrum der M87-Galaxie sind zum ersten Mal eine weichere Version des leuchtenden Rings des Schwarzen Lochs und sein mächtiger Jet zusammen auf demselben Bild zu sehen. Die Event-Horizon-Teleskop Das EHT hat das Schwarze Loch 2017 zum ersten Mal abgebildet; Dieses neue Bild basiert auf Daten, die von gesammelt wurden VLBI Universal-Millimeter-Set (GMVA), das Radioemissionen bei einer etwas anderen, aber wissenschaftlich wichtigen Wellenlänge erfasste. Einzelheiten zu den neuen Beobachtungsdaten, Bildverarbeitungsmethoden und zugehörigen Computersimulationen werden in einem neuen Artikel beschrieben, der in der Zeitschrift Nature veröffentlicht wurde.

„Dies ist das erste Bild, auf dem wir bestimmen können, wo sich der Ring in Bezug auf den mächtigen Strahl befindet, der aus dem zentralen Schwarzen Loch entweicht.“ sagte Co-Autor Kazunori Akiyama vom Haystack Observatory des MIT, das die Bildgebungssoftware entwickelt hat, die zur Visualisierung des Schwarzen Lochs verwendet wird. „Wir können jetzt damit beginnen, Fragen wie die Beschleunigung und Erwärmung von Teilchen und viele andere Geheimnisse über ein Schwarzes Loch eingehender zu untersuchen.“

Wie bereits erwähnt, ist das EHT eine Sammlung von Teleskopen, die über die ganze Welt verteilt sind, darunter Instrumente von Hawaii bis Europa und von der Antarktis bis Grönland. Das „Teleskop“ wird durch einen Prozess namens Interferometrie erstellt, der Licht verwendet, das an verschiedenen Orten eingefangen wird, um ein Bild mit einer Auflösung zu erstellen, die der eines Riesenteleskops entspricht (ein sehr großes Teleskop, als wäre es so groß wie der Abstand zwischen den entfernten Orten einzelner Teleskope).

Die Wissenschaftler des EHT haben weltweit Schlagzeilen gemacht im Jahr 2019 Als sie das erste direkte Bild des hinteren Lochs im Zentrum der M87-Galaxie enthüllten. Zwei Jahre später veröffentlichten EHT-Forscher ein neues Bild desselben Schwarzen Lochs, das diesmal zeigt, wie es aussah polarisiertes Licht. Die Fähigkeit zu Messen Sie diese Polarisation Zum ersten Mal – die Signatur von Magnetfeldern am Rand eines Schwarzen Lochs – hat es neue Erkenntnisse darüber geliefert, wie Schwarze Löcher Materie verschlingen und mächtige Jets aus ihren Kernen emittieren. Auch Astronomen waren dazu in der Lage Bestimmen Sie die magnetischen Feldlinien am inneren Rand und untersuchen Sie die Wechselwirkung zwischen Materie, die nach innen fließt und nach außen explodiert.

Und Anfang dieses Monats wandten vier Mitglieder der EHT-Kollaboration eine neue maschinelle Lerntechnik namens PRIMO (Principal Component Interferometry Modeling) auf die ursprünglichen Daten von 2017 an und lieferten dieses berühmte Bild ihre erste Verwandlung. PRIMO analysierte mehr als 30.000 simulierte Bilder von Schwarzen Löchern, die Gas ansammeln, und berücksichtigte mehrere verschiedene Modelle, wie diese Ansammlung von Materie ablaufen könnte. Die Strukturmuster wurden danach sortiert, wie oft sie in den Simulationen auftauchten, und PRIMO mischte sie dann, um ein neues, hochauflösendes Bild des Schwarzen Lochs zu erstellen.

Dieses neue Bild aus der GMVA-Kollaboration nutzt Radioemissionen verschiedener Wellenlängen, die am 14. und 15. April 2018 gesammelt wurden. Während das Teleskopraster des EHT auf eine Auflösung von 1,3 mm abgestimmt ist, sind die Teleskope des GMVA auf 3,5 mm abgestimmt. Zum Vergleich: ein Strohobservatoriumsastronom Beschreibung von Jeffrey Cruz EHT stellte das Original als „Made in FM“ dar, während dieses neue GMVA-Image „von AM kam“ und fügte hinzu: „Erzählen Sie eine Geschichte zusammen, es ist eine bessere Geschichte zusammen.“

Da die GMVA-Teleskope entlang der Erdachse von Ost nach West angeordnet sind, werden die Daten von Grönland-Teleskop nach Norden u Atacama großes Millimeter/Meter-Array ALMA ist im Süden enthalten, um das Bild zu vervollständigen. Dies ermöglichte es den Astronomen, den Schatten des Schwarzen Lochs einzufangen und gleichzeitig die Emissionsstrahlen besser zu sehen. Daten von all diesen Teleskopen wurden mithilfe von Interferometrie synchronisiert, und verschiedene Bildverarbeitungsalgorithmen – einschließlich der von Akiyama entwickelten spärlichen interferometrischen Modellierungsbildbibliothek – wurden angewendet, um das endgültige Bild zu erzeugen.

Der zuerst vom EHT abgebildete leuchtende Ring ist das Ergebnis von Materie, die das Schwarze Loch umkreist. Diese Materie heizt sich auf, und die starke Schwerkraft des Schwarzen Lochs biegt das emittierte Licht um sich selbst herum, um einen Lichtring mit einem dunklen Bereich in der Mitte zu bilden – dem Schatten des Schwarzen Lochs. Aber das GMVA-Bild zeigt einen Ring, der 50 Prozent stärker gewölbt ist als im ursprünglichen EHT-Bild. Nachfolgende Computersimulationen deuten darauf hin, dass das neue Bild mehr Material zeigt, das auf das Schwarze Loch zufällt – insbesondere das überhitzte Plasma von der umgebenden Akkretionsscheibe.

Es gab auch eine Plasmaspur, die sich vom zentralen Ring aus erstreckte, höchstwahrscheinlich ein Teil des Strahls, der nach außen in den Weltraum schoss. Während Astronomen seit langem wissen, dass Schwarze Löcher wie M87 mächtige Materiestrahlen ausspucken können, ist die zugrunde liegende Physik nicht vollständig verstanden, und es ist wichtig, zu beobachten, wo der Strahl in der Nähe des Schwarzen Lochs entsteht, um mehr zu erfahren. Die 3,5-Millimeter-Auflösung des GMVA ermöglichte es den Astronomen zu sehen, wie der mächtige Jet aus dem leuchtenden Ring auftauchte, und enthüllte zum ersten Mal, dass die Basis des Jets tatsächlich mit diesem Ring verbunden war.

„Das Aufregende ist, dass wir immer noch das Schattenmerkmal des Schwarzen Lochs sehen, aber wir beginnen auch, einen ausgedehnteren Strahl zu sehen“, sagte er. sagte Akiyama. „Damit das Plasma Licht bei dieser Wellenlänge emittieren kann, muss es sehr heiß sein, sodass sich jedes Teilchen im Plasma nahezu mit Lichtgeschwindigkeit fortbewegt. Die Teilchen werden also auf relativistische Geschwindigkeiten beschleunigt. Und das sehen wir im Fall von M87 , dieser Jet dehnt sich aus und bewegt sich über ein wirklich breites Band.“

Zukünftige Beobachtungen werden auf mehr Radiowellenlängen abzielen, um die wissenschaftliche Geschichte von M87 weiter zu konkretisieren und Astronomen beispielsweise mehr über das Temperaturprofil und die Zusammensetzung des Plasmas von Schwarzen Löchern zu erzählen.

DOI: Natur, 2023. 10.1038 / s41586-023-05843-w (über DOIs).