Tisková zpráva

Astronomové odhalili silné magnetické pole vířící na okraji černé díry ve středu Mléčné dráhy

27. března 2024

Nový snímek vydaný kolaborací Event Horizon Telescope (EHT) odhalil silná a organizovaná magnetická pole spirálovitě se šířící od okraje supermasivní černé díry Sagittarius A* (Sgr A*).
Toto monstrum číhající v srdci Mléčné dráhy máme poprvé možnost vidět v polarizovaném světle. Nový pohled odhalil strukturu magnetického pole nápadně podobnou struktuře černé díry v centru galaxie M87, což naznačuje, že silná magnetická pole mohou být společná všem černým dírám. Tato podobnost rovněž naznačuje, že by se v Sgr A* mohl nacházet skrytý výtrysk. Výsledky byly dnes zveřejněny v časopise The Astrophysical Journal Letters.

V roce 2022 vědci představili první snímek Sgr A* na tiskových konferencích po celém světě, včetně Evropské jižní observatoře (ESO). Přestože supermasivní černá díra ve středu Mléčné dráhy, vzdálená zhruba 27 000 světelných let od Země, je více než tisíckrát menší a lehčí než první zobrazená černá díra M87, pozorování odhalila, že obě vypadají nápadně podobně. To vědce přimělo k zamyšlení, zda mají i další společné rysy. Aby to zjistili, rozhodli se studovat Sgr A* v polarizovaném světle. Předchozí studium světla v okolí černé díry M87* odhalilo, že magnetická pole umožňují černé díře vypouštět silné výtrysky materiálu zpět do okolního prostředí. Na to navázaly tyto nové snímky odhalující, že totéž může platit i pro Sgr A*.

"Vidíme, že v blízkosti černé díry ve středu Mléčné dráhy existují silná, zatočená, uspořádaná magnetická pole," říká Sara Issaoun, fellow v programu NASA Hubble Fellowship Program Einstein Fellow v Centru pro astrofyziku | Harvard & Smithsonian, USA, a jedna z vedoucích projektu. "Tím, že Sgr A* má nápadně podobnou polarizační strukturu jako mnohem větší a silnější černá díra M87*, jsme zjistili, že silná a uspořádaná magnetická pole jsou rozhodující pro to, jak černé díry interagují s plynem a hmotou ve svém okolí."

Světlo je kmitající elektromagnetické vlnění, díky kterému vidíme objekty kolem nás. Někdy světlo kmitá jen v určitém směru a říkáme mu "polarizované". Přestože nás polarizované světlo obklopuje, pro lidské oči je nerozeznatelné od "normálního" světla. V plazmatu v okolí černých děr částice vířící kolem magnetických siločar propůjčují světlu polarizační vzor kolmý na magnetické pole. Díky tomu mohou astronomové stále detailněji sledovat dění kolem černých děr a mapovat jejich magnetické siločáry.

"Ze snímků polarizovaného světla pocházejícího z horkého a žhavého plynu v blízkosti černých děr přímo vyvozujeme strukturu a sílu magnetických polí, která se táhnou proudem plynu a hmoty, jimiž se černá díra živí a které vyvrhuje," řekl Angelo Ricarte, člen Harvard Black Hole Initiative a další vedoucí projektu. "Díky polarizovanému světlu se toho dozvídáme mnohem více o astrofyzice, vlastnostech plynu a mechanismech, které se odehrávají, když černá díra pohlcuje hmotu." 

K zobrazení černých děr v polarizovaném světle však nestačí nasadit polarizační sluneční brýle. Pro Sgr A*, která se mění tak rychle, že ji nelze zachytit v klidu, to platí dvojnásobně. Zobrazení této supermasivní černé díry vyžaduje sofistikované nástroje, které předčí dokonce i ty, jež byly dříve použity k zachycení mnohem stabilnější M87*. Vedoucí vědecký pracovník projektu EHT Geoffrey Bower z Institute of Astronomy and Astrophysics, Academia Sinica, Taipei k tomu říká: "Protože se Sgr A* během fotografování pohybuje, bylo obtížné zkonstruovat i nepolarizovaný snímek." Dodal, že první snímek Sgr A* byl z tohoto důvodu ve skutečnosti průměrem několika snímků. "Když se ukázalo, že zvládneme udělat polarizovaný snímek, byla to velká úleva. Některé modely byly totiž příliš divoké na to, aby bylo možné zkonstruovat polarizovaný obraz, ale příroda k nám naštěstí nebyla tak krutá."

Mariafelicia De Laurentis, vědecká pracovnice projektu EHT a profesorka na Neapolské univerzitě Federico II v Itálii, říká: "U vzorku dvou černých děr - s velmi rozdílnými hmotnostmi a velmi rozdílnými hostitelskými galaxiemi - je důležité určit, v čem jsou stejné a v čem se liší. Vzhledem k tomu, že obě mají nápadná magnetická pole, může se jednat o univerzální a možná základní vlastnost tohoto typu systému. Jednou z podobností mezi těmito dvěma černými dírami by mohl být výtrysk, ale zatímco v M87* jsme ho zobrazili velmi zřetelně, v Sgr A* jsme ho zatím nenašli."

S cílem pozorovat Sgr A* se podařilo propojit osm teleskopů z celého světa a vytvořit virtuální teleskop EHT o velikosti Země. Součástí sítě, která v roce 2017 provedla pozorování, byly i dva dalekohledy v severním Chile, které mají souvislost s ESO. Prvním z nich je soustava ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), v níž je ESO partnerem, a experiment APEX (Atacama Pathfinder Experiment), o který se ESO stará.

"Jako největší a nejvýkonnější z dalekohledů EHT hrála ALMA klíčovou roli při pořízení tohoto snímku," říká María Díaz Trigo, vědkyně evropského programu ALMA v ESO. "ALMA nyní projde zásadní proměnou, tzv. Wideband Sensitivity Upgrade, díky které bude ještě citlivější a důležitější pro budoucí pozorování Sgr A* a dalších černých děr v EHT."

Od roku 2017 provedla EHT několik dalších pozorování a na Sgr A* by se mělo znovu zaměřit v dubnu 2024. Každý rok se snímky zlepšují, protože EHT využívá nové dalekohledy, větší šířku pásma a nové pozorovací frekvence. Plánované rozšíření v příštím desetiletí umožní pořizovat vysoce přesné záběry Sgr A*, možná odhalí skrytý výtrysk nebo třeba podobné polarizační rysy i u jiných černých děr. Rozšíření EHT do vesmíru by pak poskytlo ostřejší snímky černých děr než kdykoli předtím.

 

Poznámky

Tento výzkum byl prezentován ve dvou článcích kolaborace EHT publikované dnes v časopise The Astrophysical Journal Letters: "First Sagittarius A* Event Horizon Telescope Results. VII. Polarization of the Ring" (doi: XXX) a "First Sagittarius A* Event Horizon Telescope Results. VIII.: Physical interpretation of the polarized ring" (doi: XXX). 

Kolaboraci EHT tvoří více než 300 vědců z Afriky, Asie, Evropy a Severní a Jižní Ameriky. Mezinárodní kolaborace pracuje na pořízení nejpodrobnějších snímků černých děr, jaké kdy byly získány, a to vytvořením virtuálního teleskopu o velikosti Země. S využitím značných mezinárodních investic propojuje EHT stávající teleskopy pomocí nových systémů a vytváří tak zcela nový přístroj s dosud nejvyšší dosaženou rozlišovací schopností.

Jednotlivé dalekohledy, které dohromady tvořily EHT v dubnu 2017, kdy byla pozorování uskutečněna, byly: Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), Atacama Pathfinder EXperiment (APEX), Institut de Radioastronomie Millimetrique (IRAM) 30-meter Telescope, James Clerk Maxwell Telescope (JCMT), Large Millimeter Telescope Alfonso Serrano (LMT), Submillimeter Array (SMA), UArizona Submillimeter Telescope (SMT) a South Pole Telescope (SPT). Od té doby se do EHT zapojily Greenland Telescope (GLT), IRAM NOrthern Extended Millimeter Array (NOEMA) a UArizona 12-meter Telescope  Kitt Peak.

Konsorcium EHT se skládá ze 13 institutů: Academia Sinica Institute of Astronomy and Astrophysics, University of Arizona, University of Chicago, East Asian Observatory, Goethe-Universitaet Frankfurt, Institut de Radioastronomie Millimétrique, Large Millimeter Telescope, Max Planck Institute for Radio Astronomy, MIT Haystack Observatory, National Astronomical Observatory of Japan, Perimeter Institute for Theoretical Physics, Radboud University a Smithsonian Astrophysical Observatory. 

ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) je mezinárodní astronomické zařízení, jenž společně provozují ESO, U.S. National Science Foundation (NSF) a National Institutes of Natural Sciences (NINS) of Japan ve spolupráci s Chile. ALMA je financována ESO jménem jejích členských států, NSF ve spolupráci s National Research Council of Canada (NRC)  a National Science and Technology Council (NSTC) na Tchaj-wanu a NINS ve spolupráci s Academia Sinica (AS) na Tchaj-wanu a Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI). Výstavbu a provoz soustavy ALMA vede ESO jménem svých členských států, National Radio Astronomy Observatory (NRAO) řízená Associated Universities, Inc. (AUI) za severní Ameriku a National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ) za východní Asii. The Joint ALMA Observatory (JAO) poskytuje jednotné vedení a management výstavby, plánování a provozu soustavy ALMA.

 

Odkazy

• Snímky dalekohledu ALMA
• Snímky dalekohledu APEX
• stránky ESO EHT Mléčná dráha (soustředící se na dosavadní výzkum Sgr A*)
• Pro novináře: přihlašte se k odběru tiskových zpráv v češtině
• Pro vědce: máte pro nás námět? Popularizujte svůj výzkum

Kontakty

Sara Issaoun
Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian
USA
Email: sara.issaoun@cfa.harvard.edu

Angelo Ricarte
Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian
USA
Email: angelo.ricarte@cfa.harvard.edu

Geoffrey Bower
EHT Project Scientist
Institute of Astronomy and Astrophysics, Academic Sinica, Taiwan
Email: gbower@asiaa.sinica.edu.tw

Mariafelicia De Laurentis
EHT Deputy Project Scientist, University of Naples Federico II
Italy
Email: mariafelicia.delaurentis@unina.it

María Diaz Trigo
ALMA Programme Scientist, European Southern Observatory
Garching bei München, Germany
Email: mdiaztri@eso.org

Bárbara Ferreira
ESO Media Manager
Garching bei München, Germany
Tel.: +49 89 3200 6670
Mobil: +49 151 241 664 00
Email: press@eso.org

Anežka Srbljanović (press contact Česko)
ESO Science Outreach Network a Astronomical Institute of Czech Academy of Sciences
Tel.: +420 323 620 116
Email: eson-czech@eso.org

Connect with ESO on social media

Toto je překlad tiskové zprávy ESO eso2406. ESON -- ESON (ESO Science Outreach Network) je skupina spolupracovníku z jednotlivých členských zemí ESO, jejichž úkolem je sloužit jako kontaktní osoby pro lokální média.