Et nesten utenkelig enormt svart hull ligger i hjertet av Melkeveien. Men selvfølgelig har ingen noen gang sett en slik (mer om det senere): Det hele er basert på andre bevis enn direkte observasjon.
Melkeveiens SMBH kalles Skytten A * (Sgr. A *) og den er omtrent 4 millioner ganger mer massiv enn Sola. Forskere vet at det er der fordi vi kan se hvilken effekt det har på materie som kommer for nær det. Nå har vi en av de beste utsiktene våre til Sgr. A *, takket være et team av forskere som bruker en teknikk som kalles interferometri.
Som Sgr. A * 's kraftige tyngdekraft trekker gass og støv mot den, gassen og støvet virvler rundt hullet. En enorm mengde energi stråles på en eller annen måte, noe astronomer kan se. Men astronomer er ikke helt sikre på hva som frigjør denne energien. Kommer det fra det virvlende materialet? Eller kommer det fra stråler av materiale som skyter bort fra hullet?
"Kilden til strålingen fra Sgr A * har vært diskutert i flere tiår."
Michael Johnson fra Center for Astrophysics | Harvard og Smithsonian (CfA)
"Kilden til strålingen fra Sgr A * har vært diskutert i flere tiår," sier Michael Johnson fra Center for Astrophysics | Harvard og Smithsonian (CfA). “Noen modeller spår at strålingen kommer fra disken med materiale som svelges av det sorte hullet, mens andre tilskriver det til en stråle av materiale som skyter bort fra det sorte hullet. Uten et skarpere syn på det sorte hullet, kan vi ikke utelukke noen av mulighetene. "
Så å forstå sorte hull betyr at astronomer trenger å se tydeligere inn i hullet. Men hendelser på Sgr. A * blir tilslørt av klumpete elektronskyer mellom oss og sentrum av galaksen. Og disse skyene uskarper og forvrenger vårt syn på det sorte hullet.
Et team av astronomer har lyktes med å se gjennom disse elektronskyene for å se tydeligere hva som skjer på Sgr. EN*. Laget ledes av
Radboud University PhD-student Sara Issaoun, og å se inn i Sgr. A * 's nabolag, stolte de på en teknikk kalt Very Long Baseline Interferometry (VLBI).
Resultatet? Et av våre tydeligste bilder ennå av hva som skjer ved galakas supermassive sorte hull.
Interferometri er teknikken for å utnytte flere teleskoper sammen for å avbilde et fjernt objekt mer effektivt. Jo lenger fra hverandre ‘omfangene er, jo lengre er grunnlinjen og jo større er den effektive blenderåpningen. Med VLBI, brukt i denne forskningen, spenner de enkelte teleskop over hele kloden, og skaper en enorm slags virtuelt teleskop.
Men det har vært andre interferometre, og de så ikke Sgr. A * dette tydelig. Teamet bak denne studien gjorde en annen fremgang i interferometri. De utstyrte den kraftige ALMA (Atacama Large Millimeter Array) i Chile med ny elektronikk, kalt et fasingssystem. Det gjorde at ALMA, som allerede er et interferometer, kan bli med i et nettverk av 12 andre teleskoper kalt GMVA (Global 3mm VLBI Array). Som navnet sier, GMVA er allerede et veldig langt baseline interferometer. Så å bli med GMVA med ALMA skaper en slags Super VLBI.
"... vi ser på dette dyret fra et veldig spesielt utsiktspunkt."
Heino Falcke, professor i radioastronomi ved Radboud universitet.
”ALMA i seg selv er en samling av mer enn 50 radioretter. Magien med det nye ALMA Phasing System er å la alle disse rettene fungere som et enkelt teleskop, som har følsomheten til en enkelt tallerken mer enn 75 meter over. Denne følsomheten, og beliggenheten høyt i Andesfjellene, gjør den perfekt for denne Sgr A * -studien, sier Shep Doeleman fra CfA, som var hovedetterforsker for ALMA Phasing Project.
"Gjennombruddet i bildekvalitet kom fra to faktorer," forklarer Lindy Blackburn, radioastronom ved CfA. "Ved å observere på høye frekvenser var bildekorrupsjonen fra det interstellære materialet mindre betydelig, og ved å legge til ALMA doblet vi resolusjonskraften til instrumentet vårt."
Så hva har forskere lært av denne innovasjonen? Hvordan har disse overlegne bildene hjulpet dem å forstå vårt supermassive sorte hull, Sgr. EN*?
De nye bildene viser at strålingen fra Sgr A * har en symmetrisk morfologi og er mindre enn forventet - den spenner over bare 300 milliondeler av en grad. "Dette kan tyde på at radioutslippet produseres i en disk med innfallende gass i stedet for av en radiojet," forklarer Issaoun, som testet datasimuleringer mot bildene. “Det ville imidlertid gjøre Sgr A * til et unntak sammenlignet med andre radioutsendende sorte hull. Alternativet kan være at radiojet peker nesten direkte på oss. ”
Det er mye debatt rundt energien som utstråles av Sgr. A *, og om det kommer fra virvlende, oppvarmet materiale på skiltingsplaten, eller fra stråler av materiale rettet bort fra hullet. Det avhenger av utsiktspunktet vårt.
Issaouns veileder er Heino Falcke, professor i radioastronomi ved Radboud universitet. Falcke ble overrasket over dette resultatet, og i fjor ville Falcke ha vurdert denne nye jetmodellen som umulig. Men nylig kom et annet sett med forskere til en lignende konklusjon ved bruk av ESOs Very Large Telescope Interferometer of optiske teleskoper og en uavhengig teknikk. "Kanskje dette er tross alt," avslutter Falcke, "og vi ser på dette dyret fra et veldig spesielt utsiktspunkt."
Astronomer er ikke ferdige med Sgr. A * ennå. De planlegger å få bedre og bedre utseende på det supermassive sorte hullet. “De første observasjonene av Sgr A * på 86 GHz er fra 26 år siden, med bare en håndfull teleskoper. Gjennom årene har kvaliteten på dataene blitt stadig bedre etter hvert som flere teleskoper blir med, sier J. Anton Zensus, direktør ved Max Planck Institute for Radio Astronomy.
Neste opp er Event Horizon Telescope.
EHT er et internasjonalt samarbeid designet for å undersøke de umiddelbare omgivelsene til et svart hull. Det er ikke et teleskop, men snarere et koblet system med radioteleskoper over hele kloden som alle jobber sammen ved hjelp av interferometri. Ved å måle den elektromagnetiske energien fra området rundt det sorte hullet med flere radioskåler flere steder, kan noen av egenskapene til kilden avledes.
Astronomer brukte en fireårsperiode ved å bruke EHT for å studere supermassivt svart hull Sgr. Den perioden ble avsluttet i april 2017, men et team på 200 forskere og ingeniører jobber fortsatt med dataene. Så langt har de bare gitt ut et datamaskinmodellbilde av det de håper å se.
Michael Johnson er optimistisk. "Hvis ALMA har samme suksess med å bli med i Event Horizon Telescope på enda høyere frekvenser, viser disse nye resultatene at interstellar spredning ikke vil hindre oss i å kikke helt ned til hendelseshorisonten til det sorte hullet."
Teamets resultater ble publisert i Astrophysical Journal.
Kilder:
- Pressemelding: Løfte slør på det svarte hullet i hjertet av vår galakse
- Forskningsoppgave: Størrelse, form og spredning av Skytten A * ved 86 GHz: Første VLBI med ALMA
- Space Magazine: Slik ser de første bildene fra Event Horizon Might ut
- Wikipedia-inngang: Skytten A *
- ALMA Observatorium
