Una nuova immagine del buco nero rivela un anello “soffice” – Ars Technica

Svelato dagli astronomi oggi Nuove immagini del buco nero Al centro della galassia M87, una versione più morbida dell’anello luminoso del buco nero e il suo potente getto vengono visti insieme per la prima volta nella stessa immagine. IL Telescopio dell’orizzonte degli eventi L’EHT ha ripreso il buco nero per la prima volta nel 2017; Questa nuova immagine si basa sui dati raccolti da Set di millimetri universale VLBI (GMVA), che ha catturato le emissioni radio a una lunghezza d’onda leggermente diversa ma scientificamente importante. I dettagli dei nuovi dati osservativi, dei metodi di elaborazione delle immagini e delle simulazioni al computer associate sono descritti in un nuovo articolo pubblicato sulla rivista Nature.

“Questa è la prima immagine in cui possiamo determinare dove si trova l’anello in relazione al potente getto che fuoriesce dal buco nero centrale”, ha detto il coautore Kazunori Akiyama dall’Osservatorio Haystack del MIT, che ha sviluppato il software di imaging utilizzato per visualizzare il buco nero. “Ora possiamo iniziare ad affrontare questioni come il modo in cui le particelle vengono accelerate e riscaldate e molti altri misteri su un buco nero in modo più approfondito”.

Come accennato in precedenza, l’EHT è una collezione di telescopi sparsi in tutto il mondo, inclusi strumenti dalle Hawaii all’Europa e dall’Antartide alla Groenlandia. Il “telescopio” è creato da un processo chiamato interferometria, che utilizza la luce catturata in luoghi diversi per creare un’immagine con una risoluzione equivalente a un telescopio gigante (un telescopio molto grande, come se fosse grande quanto la distanza tra le posizioni lontane dei singoli telescopi).

Gli scienziati che lavorano all’EHT hanno fatto notizia a livello mondiale nel 2019 Quando hanno rivelato la prima immagine diretta del buco posteriore al centro della galassia M87. Due anni dopo, i ricercatori dell’EHT hanno rilasciato una nuova immagine dello stesso buco nero, questa volta mostrando com’era luce polarizzata. L’abilità di misurare questa polarizzazione Per la prima volta, la firma dei campi magnetici ai margini di un buco nero, ha fornito nuove informazioni su come i buchi neri assorbono la materia ed emettono potenti getti dai loro nuclei. Anche gli astronomi sono stati in grado di farlo Determina le linee del campo magnetico al bordo interno e studiare l’interazione tra la materia che fluisce verso l’interno ed esplode verso l’esterno.

E all’inizio di questo mese, quattro membri della collaborazione EHT hanno applicato una nuova tecnica di apprendimento automatico, chiamata PRIMO (principal component interferometry modeling), ai dati originali del 2017, dando quella famosa immagine la sua prima trasformazione. PRIMO ha analizzato più di 30.000 immagini simulate di gas di accrescimento di buchi neri, considerando diversi modelli di come potrebbe avvenire questo accrescimento di materia. I modelli strutturali sono stati ordinati in base alla frequenza con cui apparivano nelle simulazioni, quindi PRIMO li ha mescolati per produrre una nuova immagine ad alta risoluzione del buco nero.

Questa nuova immagine della collaborazione GMVA sfrutta le emissioni radio di diverse lunghezze d’onda, raccolte il 14-15 aprile 2018. Mentre la griglia dei telescopi dell’EHT è sintonizzata su una risoluzione di 1,3 mm, i telescopi del GMVA sono sintonizzati su 3,5 mm. In confronto, un astronomo dell’osservatorio di paglia Descrizione di Jeffrey Cruz EHT ha immaginato l’originale come “Made in FM”, mentre questa nuova immagine GMVA “proveniva da AM”, aggiungendo: “Racconta una storia insieme, è una storia migliore insieme”.

Poiché i telescopi GMVA si trovano lungo l’asse terrestre da est a ovest, i dati di Telescopio della Groenlandia a nord e Array Atacama di grandi dimensioni in millimetri/metro ALMA è inclusa a sud per completare il quadro. Questo è ciò che ha permesso agli astronomi di catturare l’ombra del buco nero e allo stesso tempo vedere meglio i getti di emissione. I dati di tutti questi telescopi sono stati sincronizzati utilizzando l’interferometria e vari algoritmi di elaborazione delle immagini, inclusa la libreria di imaging di modellazione interferometrica sparsa sviluppata da Akiyama, sono stati applicati per produrre l’immagine finale.

L’anello luminoso ripreso per la prima volta dall’EHT è il risultato della materia che orbita attorno al buco nero. Questa materia si riscalda e la forte gravità del buco nero piega la luce emessa attorno a sé per formare un anello di luce con una regione scura al centro: l’ombra del buco nero. Ma l’immagine GMVA mostra un anello che è il 50% più rigonfio rispetto all’immagine EHT originale. Successive simulazioni al computer suggeriscono che ciò sia dovuto al fatto che la nuova immagine rivela più materiale che cade verso il buco nero, in particolare il plasma surriscaldato dal disco di accrescimento circostante.

C’era anche una scia di plasma che si estendeva dall’anello centrale, molto probabilmente parte del getto che esplodeva nello spazio. Sebbene gli astronomi sappiano da tempo che i buchi neri come M87 possono emettere potenti getti di materia, la fisica sottostante non è completamente compresa ed essere in grado di osservare da dove proviene il getto vicino al buco nero è fondamentale per saperne di più. La risoluzione di 3,5 millimetri del GMVA ha permesso agli astronomi di vedere come il potente getto è emerso dall’anello luminoso, rivelando per la prima volta che la base del getto era effettivamente collegata a quell’anello.

“La cosa eccitante è che stiamo ancora vedendo la caratteristica ombra del buco nero, ma stiamo anche iniziando a vedere un getto più esteso”, ha detto. disse Akiyama. “Perché il plasma emetta luce a questa lunghezza d’onda, deve essere molto caldo, quindi ogni particella nel plasma viaggia quasi alla velocità della luce. Quindi le particelle vengono accelerate a velocità relativistiche. E lo vediamo nel caso di M87 , quel getto si espande e viaggia attraverso una banda molto ampia.”

Le future osservazioni mireranno a più lunghezze d’onda radio per arricchire ulteriormente la storia scientifica di M87, raccontando agli astronomi di più sul profilo di temperatura e sulla composizione del plasma del buco nero, per esempio.

DOI: Natura, 2023. 10.1038/s41586-023-05843-w (sui DOI).