Internationellt team observerar den innersta strukturen av kvasarjet | MIT Nyheter

I hjärtat av nästan varje galax lurar ett supermassivt svart hål. Men alla supermassiva svarta hål är inte lika: det finns många typer. Kvasarer, eller kvasi-stjärnobjekt, är en av de ljusaste och mest aktiva typerna av supermassiva svarta hål.

En internationell grupp forskare har publicerat nya observationer av den första kvasaren som någonsin identifierats, känd som 3C 273 och belägen i konstellationen Jungfrun, som visar de innersta, djupaste delarna av kvasarens framträdande plasmajet.

Aktiva supermassiva svarta hål med smala, otroligt kraftfulla plasmastrålar som strömmar ut med nästan ljusets hastighet. Dessa jetstrålar har studerats under många decennier, men deras bildningsprocess är fortfarande ett mysterium för astronomer och astrofysiker. En olöst fråga har varit hur och var strålarna kollimeras eller koncentreras till en smal stråle, vilket gör att de kan sträcka sig till extrema avstånd bortom sin värdgalax och till och med påverkar galaktisk evolution. Dessa nya observationer är så långt djupast in i hjärtat av ett svart hål, där plasmaflödet kollimeras till en smal stråle.

Denna nya studie, publicerad idag i The Astrophysical Journal, inkluderar observationer av 3C 273-strålen vid den högsta vinkelupplösningen hittills, erhållande av data för den innersta delen av strålen, nära det centrala svarta hålet. Det banbrytande arbetet möjliggjordes genom att använda en nära koordinerad uppsättning radioantenner runt om i världen, en kombination av Global Millimeter VLBI Array (GMVA) och Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) i Chile. Samordnade observationer gjordes också med High Sensitivity Array för att studera 3C 273 på olika skalor, för att även mäta strålens globala form. Data i denna studie samlades in 2017, ungefär samtidigt som Event Horizon Telescope (EHT) observationer avslöjade de första bilderna av ett svart hål.

Bilden av jetstrålen 3C 273 ger forskarna den allra första bilden av den innersta delen av jetstrålen i ett kvasar, där kollimationen sker. Teamet fann vidare att vinkeln på plasmaströmmen som strömmar från det svarta hålet är åtdragen över en mycket lång sträcka. Denna avsmalnande del av strålen fortsätter otroligt långt, långt bortom området där det svarta hålets gravitation härskar.

Det är slående att se att formen på den kraftfulla bäcken långsamt formas över en lång sträcka i en extremt aktiv kvasar. Detta har också upptäckts i närheten i mycket svagare och mindre aktiva supermassiva svarta hål”, säger Kazunori Akiyama, forskare vid MIT Haystack Observatory och projektledare. “Resultaten ställer en ny fråga: Hur sker jetkollimationen så konsekvent över så olika svarta hålssystem?”

“3C 273 har studerats i decennier som det idealiska närmaste laboratoriet för kvasarjetstrålar”, säger Hiroki Okino, huvudförfattare till denna artikel och doktorand vid University of Tokyo och National Astronomical Observatory of Japan. “Men även om kvasaren är en nära granne, tills nyligen, hade vi inte ett öga tillräckligt skarpt för att se var detta smala kraftfulla plasmaflöde formas.”

De nya, otroligt skarpa bilderna av 3C 273-jetstrålen möjliggjordes genom inkluderingen av ALMA-matrisen. GMVA och ALMA var sammankopplade över kontinenter med en teknik som kallas mycket lång baslinjeinterferometri (VLBI) för att få mycket detaljerad information om avlägsna astronomiska källor. Den anmärkningsvärda VLBI-kapaciteten hos ALMA aktiverades av ALMA Phasing Project (APP)-teamet. Det internationella APP-teamet, ledd av MIT Haystack Observatory, utvecklade hårdvaran och mjukvaran för att förvandla ALMA, en uppsättning av 66 teleskop, till världens känsligaste astronomiska interferometristation. Att samla in data vid dessa våglängder ökar avsevärt upplösningen och känsligheten hos arrayen. Denna förmåga var också grundläggande för EHT:s svarthålsavbildningsarbete.

“Möjligheten att använda ALMA som en del av globala VLBI-nätverk har varit en komplett spelförändring för vetenskapen om svarta hål”, säger Lynn Matthews, MIT Haystack Observatorys främsta forskare och beställningsforskare för APP. “Det gjorde det möjligt för oss att få de första bilderna någonsin av supermassiva svarta hål, och nu hjälper det oss att för första gången se otroliga nya detaljer om hur svarta hål driver deras jetplan.”

Denna studie öppnar dörren för ytterligare utforskning av jetkollimationsprocesser i andra typer av svarta hål. Data som erhålls vid högre frekvenser, såsom 230 och 345 GHz med EHT, kommer att göra det möjligt för forskare att observera ännu finare detaljer i kvasarer och andra svarta hål.

“Denna upptäckt kastar nytt ljus över jetkollimation i kvasarstrålarna”, säger Keiichi Asada, associerad forskare vid Academia Sinica, Institute of Astronomy and Astrophysics (ASIAA) i Taiwan. “EHT:s skarpare ögon kommer att möjliggöra tillgång till liknande regioner i mer avlägsna kvasarjetstrålar. Vi hoppas kunna göra framsteg på vår nya “läxa” från denna studie, vilket kan göra det möjligt för oss att äntligen svara på det hundra år gamla problemet med hur jetplan kollimeras.”

GMVA observerar vid 3 mm våglängd, med hjälp av följande stationer för denna forskning i april 2017: åtta antenner av Very Long Baseline Array (VLBA), Effelsberg 100m radioteleskop från Max-Planck-Institut for Radioastronomie (MPIfR), IRAM 30m Telescope, 20m teleskopet från Onsala Space Observatory och 40m Radio Telescope of Yebes Observatory. Data korrelerades vid DiFX VLBI-korrelatorn vid MPIfR i Bonn, Tyskland.

ALMA är ett partnerskap mellan European Southern Observatory (ESO, som representerar dess medlemsländer), NSF (USA) och NINS (Japan), tillsammans med NRC (Kanada), MOST och ASIAA (Taiwan) och KASI (Republiken Korea), i samarbete med Republiken Chile. Det gemensamma ALMA-observatoriet drivs av ESO, AUI/NRAO och NAOJ.

APP-partnerorganisationer inkluderar MIT Haystack Observatory, USA; Max-Planck-Institut für Radioastronomie (MPIfR), Tyskland; University of Concepcion, Chile; National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ), Japan; National Radio Astronomy Observatory (NRAO), USA; Institutet för astronomi och astrofysik, Academia Sinica (ASIAA), Taiwan; Onsala rymdobservatorium, Sverige; Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA), USA; och universitetet i Valencia, Spanien. Finansieringen av APP:n tillhandahölls av National Science Foundation Major Research Instrumentation Program, ALMA North America Development Program och internationella partner för kostnadsdelning.

VLBA är ett instrument från National Radio Astronomy Observatory, en anläggning av US National Science Foundation som drivs under samarbetsavtal av Associated Universities, Inc.

.

Leave a Comment

Your email address will not be published. Required fields are marked *