Wieloletnia analiza obserwacji supermasywnej czarnej dziury M87* za pomocą EHT w połączeniu z innymi symulacjami zapewnia bardziej kompleksowe zrozumienie jej środowiska.
Wykorzystując obserwacje z 2017 i 2018 roku, współpraca Teleskopu Horyzontu Zdarzeń (EHT) pogłębiła nasze zrozumienie supermasywnej czarnej dziury w centrum Messier 87 (M87*). Badania te stanowią znaczący krok w kierunku wieloletniej analizy, w celu zbadania turbulentnego przepływu akrecyjnego czarnej dziury. Wykorzystują one znacznie ulepszony zestaw symulacji, trzykrotnie większy niż poprzednie. Wyniki potwierdziły, że oś obrotu M87* jest skierowana od Ziemi. Badania zapewniają nowe spojrzenie w strukturę i dynamikę plazmy w pobliżu horyzontu zdarzeń. Połączone obserwacje, przeanalizowane z ulepszonymi modelami symulacji, zapewniają bardziej kompleksowe zrozumienie środowiska M87*.
Badania te podkreślają znaczenie włączenia większych i bardziej zróżnicowanych zestawów symulacji do badania supermasywnej czarnej dziury – powiedział Christian M. Fromm, członek grupy teoretycznej EHT, związany z Uniwersytetem w Würzburgu oraz MPIfR. Integrując dane z wielu epok z zaawansowanymi modelami, możemy lepiej zrozumieć procesy dynamiczne napędzające zmiany jasności obserwowane w pobliżu M87*. Takie podejście toruje drogę dla przyszłych badań skupiających się na złożonej interakcji dynamiki plazmy i spinu czarnej dziury.
Hung-Yi Pu, adiunkt na National Taiwan Normal University, dodał: Środowisko akrecji czarnej dziury jest turbulentne i dynamiczne. Ponieważ możemy traktować obserwacje z 2017 i 2018 roku jako niezależne pomiary, możemy ograniczyć otoczenie czarnej dziury z nowej perspektywy. Ta praca podkreśla transformacyjny potencjał obserwacji czarnej dziury ewoluującej w czasie.
Obserwacje z 2018 roku potwierdziły istnienie jasnego pierścienia zaobserwowanego w 2017 roku, o średnicy około 43 mikrosekund łuku, odpowiadającego teoretycznym przewidywaniom dla cienia czarnej dziury o masie 6,5 miliarda mas Słońca. Najjaśniejsza część pierścienia jest przesunięta o 30 stopni w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara ze względu na turbulencje w dysku akrecyjnym. Zachowanie to jest zgodne z przewidywaniami analizy z 2017 roku, w której spodziewano się takiego przesunięcia.
Korzystając z syntetycznego zestawu danych trzykrotnie większego niż w 2017 roku, zespół EHT przeanalizował modele akrecji z obu lat. Gdy gaz wpada spiralnie do czarnej dziury, może on ustawić się zgodnie lub przeciwnie do rotacji czarnej dziury. Zaobserwowane zmiany są lepiej wyjaśnione przez gaz płynący w kierunku przeciwnym do rotacji.
Obserwacje z 2018 roku, w połączeniu z danymi z 2017 roku ujawniają subtelny obraz przepływu akrecyjnego M87* – powiedział Eduardo Ros, naukowiec z MPIfR. Badania podkreślają ewoluującą naturę struktur plazmy w pobliżu horyzontu zdarzeń, oferując wskazówki na temat mechanizmów zmienności, które rządzą środowiskami czarnych dziur. Ten iteracyjny proces modelowania i obserwacji ma kluczowe znaczenie dla rozwikłania tajemnic dynamiki środowiska czarnych dziur.
To nowe zrozumienie jest szczególnie istotne w świetle uzupełniających obserwacji cienia czarnej dziury przez Global Millimeter VLBI Array (GMVA) w 2018 roku, które zostały zaprezentowane w kwietniu 2023 roku. Te obserwacje na długości fali 3 mm, w połączeniu z wynikami EHT na długości fali 1,3 mm, zapewniają pełniejszy obraz środowiska czarnej dziury i jej dynamiki – dodał Thomas P. Krichbaum, również naukowiec z MPIfR i członek zespołu badawczego.
Bieżąca analiza danych EHT z późniejszych lat (2021 i 2022) ma na celu zapewnienie mocniejszych ograniczeń statystycznych i głębszego wglądu w turbulentny przepływ wokół M87*.
J. Anton Zensus, dyrektor MPIfR i założyciel współpracy EHT, zauważył: Wyniki te opierają się na ciągłej pracy EHT i zostały potwierdzone w badaniach z GMVA. Pokazują one, jak ważne dla postępu naukowego są globalne partnerstwa, najnowocześniejsze technologie i wytrwałe badania.
Wyniki zostały opublikowane 22 stycznia 2025 roku.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Więcej informacji:
- Catching the Black Hole's Turbulent Accretion Flow
- The persistent shadow of the supermassive black hole of M87
Źródło: MPG
Na ilustracji: Obserwowane i teoretyczne obrazy M87*. Lewe panele pokazują obrazy M87* z EHT z kampanii obserwacyjnych z 2018 i 2017 roku. Środkowe panele pokazują przykładowe obrazy z ogólnej relatywistycznej symulacji magnetohydrodynamicznej (GRMHD) w dwóch różnych momentach. Prawe panele pokazują te same migawki symulacji, rozmyte, aby dopasować je do rozdzielczości obserwacyjnej EHT. Źródło: Hung-Vi Pu (The Event Horizon Telescope Collaboration, 2025, Astronomy & Astrophysics)
