Rok temu Teleskop Horyzontu Zdarzeń (ang. Event Horizon Telescope, EHT) przyczynił się do opublikowania pierwszego w historii „zdjęcia” czarnej dziury, leżącej w centrum pobliskiej galaktyki M87. Teraz, ten sam zespół naukowy zdołał wydobyć nowe informacje z danych EHT - tym razem dla odległego kwazara 3C 279.
Naukowcy zobaczyli w najdrobniejszych szczegółach m.in. dżety, wytwarzane przez supermasywną czarną dziurę znajdującą się w jego sercu. Nowe analizy, prowadzone przez Jae-Young Kima z Instytutu Astronomii Radiowej Maxa Plancka (MPIfR) w Bonn, umożliwiły prześledzenie dżetu kwazara z powrotem do miejsca jego powstawania, czyli obszaru leżącego tam, gdzie emitowane jest też gwałtownie zmienne promieniowanie w całym zakresie spektrum elektromagnetycznego.
Zespół EHT nie ustaje w wydobywaniu dalszych informacji z przełomowych danych, zebranych podczas globalnej kampanii, przeprowadzonej w kwietniu 2017 r. Jednym z celów tych obserwacji była galaktyka oddalona od nas o 5 miliardów lat świetlnych, leżąca w gwiazdozbiorze Panny. Naukowcy już wcześniej sklasyfikowali ją jako kwazar, ponieważ jej centrum stanowi ultra jasne źródło energii, które świeci i wyraźnie migocze, gdy okoliczny gaz wpada do znajdującej się w jego środku gigantycznej czarnej dziury.
3C 279 ma czarną dziurę około miliarda razy większą niż nasze Słońce. Bliźniacze strumienie plazmy wystrzeliwują z okolic czarnej dziury i jej dysku akrecyjnego z prędkościami zbliżonymi do prędkości światła: to konsekwencja olbrzymich sił, uwalnianych wtedy, gdy ściągana z pobliża materia ostatecznie wpada w ogromne pole grawitacyjne czarnej dziury.
Jak wykonano nowy dokładny obraz tej czarnej dziury? EHT wykorzystuje technikę zwaną wielkobazową interferometrią radiową (VLBI), w ramach której synchronizuje się i łączy anteny radiowe na całym świecie. Tworząc taką sieć, buduje się jednocześnie jeden ogromny wirtualny teleskop o rozmiarach Ziemi.
EHT jest przy tym w stanie precyzyjnie mapować obiekty tak małe w kosmicznej skali, jak te liczące sobie zaledwie 20 mikrosekund łuku na niebie. Dobrą analogią może tu być próba identyfikacji z Ziemi pomarańczy znajdującej się na Księżycu. Dane, rejestrowane we wszystkich konkretnych obserwatoriach radiowych sieci EHT z całego świata, są przesyłane do specjalnych superkomputerów znajdujących się w MPIfR i w Obserwatorium Haystack (MIT), a następnie są tam ze sobą łączone. Połączony zestaw danych jest później starannie kalibrowany i analizowany przez zespół ekspertów, co ostatecznie umożliwia naukowcom projektu EHT tworzenie obrazów radiowych różnych obiektów astronomicznych z najdrobniejszymi szczegółami – z powierzchni Ziemi.
W przypadku 3C 279 Teleskop Horyzontu Zdarzeń może mierzyć struktury mniejsze niż rok świetlny, umożliwiając astronomom prześledzenie dżetu w kierunku dysku akrecyjnego kwazara oraz bezpośrednie obserwowanie dżetu i dysku „w akcji”. Nowo przeanalizowane dane pokazują, że zwykle prosty dżet ma w tej galaktyce nieoczekiwany skręcony kształt u podstawy, a zarazem ujawniają obecne tam struktury prostopadłe do dżetu, które można interpretować jako bieguny dysku akrecyjnego, z których wyrzucane są dżety. Drobne szczegóły dostrzeżone na zdjęciach zmieniają się zresztą w czasie rzędu dni, być może z powodu rotacji dysku akrecyjnego oraz niszczenia i opadania materii na czarną dziurę – zjawisk oczekiwanych na podstawie symulacji numerycznych, ale nigdy wcześniej bezpośrednio niezaobserwowanych.
Wiedzieliśmy, że za każdym razem, gdy otwiera się nowe okno na Wszechświat, można w nim znaleźć coś nowego. Tu, gdzie spodziewaliśmy się znaleźć region, w którym formuje się dżet, mając teraz możliwie najostrzejszy obraz tej okolicy, znajdujemy nagle jakiś rodzaj prostopadłej struktury – tłumaczy Jae-Young Kim, badacz z MPIfR i pierwszy autor omawianej publikacji.
Z powodu swego szybkiego ruchu, dżet obserwowany w 3C 279, pozornie wydaje się poruszać z prędkością około 20 razy większą niż prędkość światła. To niezwykłe złudzenie optyczne powstaje, ponieważ materiał biegnie w naszą stronę, ścigając w wysokim stopniu emitowane przez siebie światło i sprawiając, że wydaje się ono poruszać szybciej niż w rzeczywistości – wyjaśnia Dom Pesce z Centre for Astrophysics | Harvard & Smithsonian (CfA).
Ale nieoczekiwana obserwowana geometria sugeruje jednocześnie obecność poruszających się wstrząsów lub niestabilności w wykrzywionym obracającym się dżecie, co może również tłumaczyć jego emisję w najwyższych energiach, takich jak fale gamma.
Anton Zensus, dyrektor MPIfR i przewodniczący rady kolaboracji EHT, podkreśla to osiągnięcie jako globalny wysiłek. W ubiegłym roku mogliśmy zaprezentować pierwszy obraz cienia czarnej dziury. Teraz widzimy nieoczekiwane zmiany w kształcie dżetu w 3C 279, ale jeszcze nie skończyliśmy badań. Jak powiedzieliśmy już w zeszłym roku: to dopiero początek.
Sieć EHT jest stale usprawniania – wyjaśnia Shep Doeleman z CfA. Te nowe wyniki dla badanego kwazara pokazują, że unikalne możliwości EHT mogą pomóc w znalezieniu odpowiedzi na bardzo różne pytania nauki, których liczba będzie wciąż rosła w miarę dodawania coraz to nowych teleskopów do sieci EHT. Zespół pracuje teraz nad siecią EHT nowej generacji, która będzie znacznie bardziej czuła na obserwacje czarnych dziur i pozwoli także nakręcić pierwsze „filmy" z ich udziałem.
Wyniki zostały opublikowane w najnowszym numerze „Astronomy & Astrophysics”.
Poszczególne teleskopy zaangażowane we współpracę EHT to: ALMA, Atacama Pathfinder EXplorer (APEX), Teleskop Grenlandzki (od 2018 r.), Teleskop 30-metrowy IRAM, Obserwatorium IRAM NOEMA (oczekiwany czas włączenia: 2021 r.), Kitt Peak Telescope (oczekiwany czas włączenia: 2021 r.), James Clerk Maxwell Telescope (JCMT), Large Millimeter Telescope (LMT), Submillimeter Array (SMA), Submillimeter Telescope (SMT) oraz South Pole Telescope (SPT).
Warto dodać, że możliwości przeprowadzenia kampanii obserwacyjnych EHT pojawiają się raz w roku, na początku wiosny na półkuli północnej, ale tegoroczna kampania 2020 musiała zostać odwołana w odpowiedzi na globalny wybuch epidemii CoViD-19. Ogłaszając to, Michael Hecht, astronom z MIT/Haystack Observatory i zastępca dyrektora projektu EHT, stwierdził, że zespół poświęci teraz swą całą uwagę kwestii ukończenia otwartych publikacji naukowych na bazie danych z 2017 r., a także zajmie się analizą danych uzyskanych za pomocą ulepszonego EHT w 2018 r.
Czytaj więcej:
- Oryginalna publikacja: J. Y. Kim, T. P. Krichbaum, et al.: Event Horizon Telescope imaging of the archetypal blazar 3C 279 at an extreme 20 microarcsecond resolution, „Astronomy & Astrophysics” (7 IV 2020)
- Cały artykuł
- Official EHT website, First image of a black hole, obtained by the EHT (April 2019)
- Ruch dżetu w 3C 279 – animacja
Źródło: Sky & Telescope
Opracowanie: Elżbieta Kuligowska
Na ilustracji: Struktury dżetu 3C 279, zaobserwowane w kwietniu 2017 r. na wielu zakresach fal elektromagnetycznych. Źródło: J.Y. Kim (MPIfR), Boston University Blazar Program (VLBA i GMVA), Event Horizon Telescope Collaboration.
