Ett nästan otänkbart enormt svart hål ligger i hjärtat av Vintergatan. Men naturligtvis har ingen någonsin sett en (sorts mer om det senare): Det är allt baserat på andra bevis än direkt observation.
Milky Way's SMBH kallas Skytten A * (Sgr. A *) och den är ungefär 4 miljoner gånger massivare än Solen. Forskare vet att det finns där eftersom vi kan se vilken effekt det har på materien som kommer för nära den. Nu har vi en av våra bästa vyer över Sgr. A *, tack vare ett team av forskare som använder en teknik som kallas interferometri.
Som Sgr. A *: s kraftfulla tyngdkraft drar gas och damm mot den, gasen och dammet virvlar runt hålet. En enorm mängd energi utstrålas på något sätt, som astronomer kan se. Men astronomer är inte riktigt säkra på vad som frigör denna energi. Kommer det från det virvlande materialet? Eller kommer det från materialstrålar som skjuter bort från hålet?
"Strålningskällan från Sgr A * har diskuterats i årtionden."
Michael Johnson från Center for Astrophysics | Harvard och Smithsonian (CfA)
"Strålningskällan från Sgr A * har diskuterats i årtionden," säger Michael Johnson från Center for Astrophysics | Harvard och Smithsonian (CfA). ”Vissa modeller förutspår att strålningen kommer från skivan med material som sväljs av det svarta hålet, medan andra tillskriver det en stråle av material som skjuter bort från det svarta hålet. Utan en skarpare bild av det svarta hålet kan vi inte utesluta någon av möjligheterna. ”
Så att förstå svarta hål betyder att astronomer måste se tydligare in i hålet. Men händelser på Sgr. A * döljs av klumpiga moln med elektroner mellan oss och galaxens centrum. Och dessa moln oskärpa och snedvrider vår syn på det svarta hålet.
Ett team av astronomer har lyckats titta igenom dessa elektronmoln för att se tydligare vad som händer på Sgr. A *. Laget leds av
Radboud universitets doktorand Sara Issaoun, och att se till Sgr. A * 's grannskap, de förlitade sig på en teknik som kallas Very Long Baseline Interferometry (VLBI).
Resultatet? En av våra tydligaste bilder ännu av vad som händer på vår galaxs supermassiva svarta hål.
Interferometri är tekniken för att utnyttja flera teleskop tillsammans för att avbilda ett avlägset objekt mer effektivt. Ju längre isär 'omfattningarna är, desto längre är baslinjen och desto större är den effektiva öppningen. Med VLBI, som används i denna forskning, spänner de enskilda teleskop världen över och skapar ett enormt slags virtuellt teleskop.
Men det har funnits andra interferometrar, och de såg inte Sgr. A * detta tydligt. Teamet bakom denna studie gjorde ett annat framsteg inom interferometri. De utrustade den kraftfulla ALMA (Atacama Large Millimeter Array) i Chile med ny elektronik, kallad ett fasningssystem. Det gjorde att ALMA, som redan är en interferometer, kan ansluta sig till ett nätverk av 12 andra teleskop som kallas GMVA (Global 3mm VLBI Array). Som namnet säger är GMVA redan en mycket lång baslinjeinterferometer. Så att gå med GMVA med ALMA skapar ett slags Super VLBI.
"... vi tittar på detta djur från en mycket speciell utsiktspunkt."
Heino Falcke, professor i radioastronomi vid Radboud universitet.
”ALMA själv är en samling av mer än 50 radiorätter. Magin med det nya ALMA Phasing System är att låta alla dessa rätter fungera som ett enda teleskop, som har känsligheten hos en enda skål som är mer än 75 meter över. Denna känslighet och dess läge högt i Andesfjällen gör den perfekt för denna Sgr A * -studie, säger Shep Doeleman från CfA, som var huvudutredare för ALMA-fasprojektet.
"Genombrottet i bildkvalitet kom från två faktorer," förklarar Lindy Blackburn, radioastronom vid CfA. "Genom att observera vid höga frekvenser var bildkorruptionen från det interstellära materialet mindre betydande, och genom att lägga till ALMA fördubblade vi vårt instruments upplösningskraft."
Så vad har forskare lärt sig av denna innovation? Hur har dessa överlägsna bilder hjälpt dem att förstå vårt supermassiva svarta hål, Sgr. A *?
De nya bilderna visar att strålningen från Sgr A * har en symmetrisk morfologi och är mindre än väntat - den sträcker sig bara över 300 miljoner grader. "Detta kan indikera att radioemissionen produceras på en skiva med infallande gas snarare än av en radiostråle," förklarar Issaoun, som testade datorsimuleringar mot bilderna. ”Men det skulle göra Sgr A * till ett undantag jämfört med andra radioavgivande svarta hål. Alternativet kan vara att radiostrålen pekar nästan direkt på oss. ”
Det är mycket debatt kring energin som utstrålas av Sgr. A *, och huruvida det härrör från virvlande, uppvärmt material i tillträngningsskivan eller från materialstrålar riktade bort från hålet. Det kan bero på vår utsiktspunkt.
Issaouns handledare är Heino Falcke, professor i radioastronomi vid Radboud University. Falcke blev förvånad över detta resultat, och förra året skulle Falcke ha ansett denna nya jetmodell omöjlig. Men nyligen kom en annan uppsättning forskare till en liknande slutsats med hjälp av ESO: s Very Large Telescope Interferometer of optiska teleskoper och en oberoende teknik. "Kanske är det sant," avslutar Falcke, "och vi tittar på detta djur från en mycket speciell utsiktspunkt."
Astronomer är inte färdiga med Sgr. A * ännu. De planerar att få bättre och bättre utseende på det supermassiva svarta hålet. ”De första observationerna av Sgr A * vid 86 GHz är från 26 år sedan, med bara en handfull teleskop. Under åren har kvaliteten på uppgifterna förbättrats stadigt när fler teleskop går med, säger J. Anton Zensus, chef för Max Planck-institutet för radioastronomi.
Nästa upp är Event Horizon Telescope.
EHT är ett internationellt samarbete utformat för att undersöka den omedelbara omgivningen i ett svart hål. Det är inte ett teleskop, utan snarare ett länkat system med radioteleskop över hela världen som alla arbetar tillsammans med interferometri. Genom att mäta den elektromagnetiska energin från det område som omger det svarta hålet med flera radioskålar på flera platser kan några av källans egenskaper härledas.
Astronomer tillbringade en fyraårsperiod med att använda EHT för att studera supermassivt svart hål Sgr. Den perioden avslutades i april 2017, men ett team på 200 forskare och ingenjörer arbetar fortfarande med uppgifterna. Hittills har de bara släppt en datormodellbild av vad de hoppas se.
Michael Johnson är optimistisk. "Om ALMA har samma framgång i att gå med i Event Horizon Telescope på ännu högre frekvenser, visar dessa nya resultat att interstellär spridning inte kommer att hindra oss från att kika hela vägen ner till händelsehorisonten i det svarta hålet."
Teamets resultat publicerades i Astrophysical Journal.
Källor:
- Pressmeddelande: Lyft slöjan på det svarta hålet i hjärtat av vår galax
- Forskningsdokument: Storleken, formen och spridningen av Skytten A * vid 86 GHz: Första VLBI med ALMA
- Space Magazine: Så här ser de första bilderna från Event Horizon Might ut
- Wikipedia-inträde: Skytten A *
- ALMA Observatory
