De donkere kern van het dichtstbijzijnde radiostelsel geïdentificeerd door de Event Horizon Telescope

Een gerenommeerd internationaal team van de Event Horizon Telescope (EHT), bekend van het maken van de eerste opname van een zwart gat in het Messier 87-stelsel, heeft de kern van het nabije radiostelsel Centaurus A in ongekend detail in beeld gebracht. Astronomen lokaliseren het centrale superzware zwarte gat en onthullen hoe een gigantische jet is geboren. Het meest opvallende is dat alleen de buitenranden van het vliegtuig straling uitzenden, wat onze theoretische modellen van vliegtuigen uitdaagt. Dit werk, onder leiding van Michael Janssen van het Max Planck Instituut voor Radioastronomie in Bonn en de Radboud Universiteit Nijmegen, werd gepubliceerd in natuurlijke astronomie Vandaag (19 juli 2021).

Op radiogolflengten verschijnt Centaurus A als een van de grootste en helderste objecten aan de nachtelijke hemel. Centaurus A werd in 1949 geïdentificeerd als een van de eerste bekende extragalactische radiobronnen en is uitgebreid bestudeerd over het gehele elektromagnetische spectrum door een verscheidenheid aan radio-, infrarood-, röntgen- en gammastralingsobservatoria. In het centrum van Centaurus A bevindt zich een zwart gat met een massa van 55 miljoen zonnen, dat zich bevindt tussen de massaschalen van het zwarte gat Messier 87 (zes en een half miljard zonnen) en het gat in het centrum van onze melkweg (ongeveer vier miljoen zonnen).

De afbeelding linksboven laat zien hoe het vliegtuig wordt verspreid in gaswolken die radiogolven uitzenden, vastgelegd door de ATCA en het Parkes Observatorium. Het paneel rechtsboven toont een samengesteld kleurenbeeld, met 40x zoom in vergelijking met het eerste paneel dat overeenkomt met de grootte van de melkweg zelf. De millimeteremissie van galactische jet en stof gemeten door het LABOCA/APEX-instrument is oranje weergegeven. Röntgenstraling van het vliegtuig gemeten door het Chandra-ruimtevaartuig is blauw weergegeven. Zichtbaar wit licht van sterren in de melkweg werd opgevangen door de 2,2-meter MPG/ESO-telescoop. Het volgende paneel hieronder toont een afbeelding van 165.000 keer zoom van de binnenste radiostraal, verkregen met de TANAMI-telescopen. Het onderste paneel toont het nieuwe beeld met een hogere resolutie van het lanceergebied van de jet, verkregen met behulp van EHT op millimetergolflengten met een vergroting van 60000000x bij de telescoopresolutie. Schaalbalken aangegeven in lichtjaren en lichtdagen. Eén lichtjaar is gelijk aan de afstand die het licht in één jaar aflegt: ongeveer negen biljoen kilometer. Ter vergelijking: de afstand tot de dichtstbijzijnde bekende ster vanaf onze zon is ongeveer vier lichtjaar. Eén lichtdag is gelijk aan de afstand die het licht op één dag aflegt: ongeveer zes keer de afstand tussen de zon en Neptunus. Bron: Radboud Universiteit. CSIRO/ATNF/I.Feain et al. , R. Morganti et al. , N. Junkes et al. ; ESO/WFI; MPIfR/ESO/APEX/A. Weiss et al.; NASA/CXC/CfA/R. Kraft et al.; groei / k. Müller et al.; EHT / m. Jansen et al

In een nieuwe krant in natuurlijke astronomie, werden gegevens van de EHT-waarnemingen van 2017 in ongekend detail geanalyseerd tot een afbeelding van Centaurus A. “Hierdoor kunnen we voor het eerst een extragalactische radiojet zien en bestuderen op schalen die kleiner zijn dan de afstand die het licht in een dag aflegt. We zien van dichtbij en persoonlijk hoe een monsterlijk gigantische jet wordt gegenereerd door een superzwaar zwart gat.” zegt astronoom Michael Jansen.

Vergeleken met alle eerdere waarnemingen met hoge resolutie, werd de jet die op Centaurus A werd gelanceerd, met een tien keer hogere frequentie en zestien keer nauwkeuriger afgebeeld. Door de analytische kracht van de EHT kunnen we nu de enorme schalen van de bron, die tot 16 keer de hoekdiameter van de maan aan de hemel zijn, relateren aan zijn oorsprong in de buurt van het zwarte gat alleen in zijn breedte. Een appel op de maan gezien in de lucht. Dit is een versterkingsfactor van een miljard.

Vliegtuigen begrijpen

Superzware zwarte gaten in het centrum van sterrenstelsels zoals Centaurus A worden gevoed door gas en stof die worden aangetrokken door de immense zwaartekracht. Bij dit proces komen enorme hoeveelheden energie vrij en het sterrenstelsel zou “actief” worden. Het meeste materiaal daarin bevindt zich aan de rand van het zwarte gat. Sommige van de omringende deeltjes ontsnappen echter enkele ogenblikken voordat ze worden gevangen en schieten weg in de ruimte: jets worden geboren – een van de meest raadselachtige en levendige kenmerken van sterrenstelsels.

De afbeelding met de hoogste resolutie van Centaurus A, verkregen door de Event Horizon Telescope, bevindt zich bovenop een samengestelde kleurenafbeelding van het hele melkwegstelsel. Bron: Radboud Universiteit. ESO/WFI; MPIfR/ESO/APEX/A. Weiss et al.; NASA/CXC/CfA/R. Kraft et al.; EHT / m. Jansen et al

Astronomen hebben vertrouwd op verschillende modellen van hoe materie zich in de buurt van een zwart gat gedraagt ​​om dit proces beter te begrijpen. Maar ze weten nog steeds niet precies hoe de jets uit hun centrale regio worden losgelaten en hoe ze zich kunnen uitstrekken over schalen die groter zijn dan hun gastheerstelsels zonder te verstrooien. De EHT wil deze puzzel oplossen.

De nieuwe afbeelding laat zien dat het door Centaurus A gelanceerde vliegtuig aan de randen helderder is dan in het midden. Dit fenomeen is bekend van andere vliegtuigen, maar is nog niet eerder duidelijk waargenomen. “We kunnen nu theoretische jetmodellen uitsluiten die deze randhelderheid niet kunnen reproduceren. Het is een verbazingwekkende functie die ons zal helpen de jets die door zwarte gaten worden geproduceerd beter te begrijpen”, zegt Matthias Kadler, Tanami Commander en Professor of Astrophysics bij de Universiteit van Würzburg in Duitsland.

Referentie: 19 juli 2021, natuurlijke astronomie.
DOI: 10.1038 / s41550-021-01417-w

toekomstige notities

Met nieuwe EHT-waarnemingen van de Centaurus A-jet is de waarschijnlijke locatie van het zwarte gat op het startpunt van de jet bepaald. Op basis van deze locatie verwachten de onderzoekers dat toekomstige waarnemingen met een kortere golflengte en hogere resolutie het centrale zwarte gat van Centaurus A in beeld zullen kunnen brengen. Hiervoor zijn ruimte-satellietobservatoria nodig.

Deze gegevens zijn afkomstig van dezelfde waarnemingscampagne die de beroemde afbeelding van het zwarte gat van M87 opleverde. De nieuwe bevindingen laten zien dat de EHT een schat aan gegevens levert over een rijke verscheidenheid aan zwarte gaten, en er zullen er nog meer volgen, zegt Hino Falk, EHT-bestuurslid en hoogleraar astrofysica aan de Radboud Universiteit.

Achtergrond informatie

Om Centaurus A met deze ongekend scherpe resolutie bij een golflengte van 1,3 mm waar te nemen, gebruikte de EHT-samenwerking Very Long Fundamental Interferometry (VLBI), dezelfde technologie waarmee de beroemde afbeelding van het zwarte gat van M87 werd gemaakt. Een alliantie van acht telescopen over de hele wereld heeft zich verenigd om de hypothetische Event Horizon-telescoop op aarde te creëren. De EHT-samenwerking omvat meer dan 300 onderzoekers uit Afrika, Azië, Europa en Noord- en Zuid-Amerika.

Het EHT-consortium bestaat uit 13 instituten van belanghebbenden: Sinica Academic Institute of Astronomy and Astrophysics, University of Arizona, University of Chicago, East Asian Observatory, Goethe University Frankfurt, Institute for Radio Astronomy Millimétrique (MPG/CNRS/IGN), Large Millimeter Telescoop, Max Institute Planck Radio Astronomy, MIT Haystack Observatory, Japan National Astronomical Observatory, Ocean Institute for Theoretical Physics, Radboud Universiteit en Astrophysics Center | Harvard en Smithsonian.

TANAMI (het volgen van actieve galactische kernen met behulp van milliseconde Austral-interferometrie) is een programma met meerdere golflengten voor het observeren van relativistische jets in actieve galactische kernen aan de zuidelijke hemel. Dit programma bewaakt sinds het midden van de jaren 2000 Centaurus A met behulp van VLBI op centimetergolflengten. De Tanami Array bestaat uit negen radiotelescopen op vier continenten die golflengten van 4 cm en 1,3 cm in de gaten houden.