Astronomen brengen magnetische velden zwart gat M87* in beeld
Het Event Horizon Telescope (EHT)-team, dat de allereerste foto van een zwart gat maakte, heeft vandaag een nieuwe afbeelding gepresenteerd. De afbeelding toont hetzelfde zwarte gat in gepolariseerd licht. Het is voor het eerst dat het astronomen is gelukt om polarisatie – een kenmerk van magnetische velden – zo dicht bij de rand van een zwart gat te meten. Ze hopen hiermee te kunnen verklaren hoe het 55-miljoen-lichtjaar-verre sterrenstelsel in staat is om krachtige jets vanuit zijn kern te ‘lanceren’. Ook Leidse astronomen droegen bij aan de studie.
‘We hebben nu nieuw cruciaal bewijs gevonden dat ons helpt begrijpen hoe magnetische velden zich rond zwarte gaten gedragen, en hoe de activiteit in dit zeer compacte stukje ruimte krachtige jets aandrijft die zich tot ver buiten het sterrenstelsel uitstrekken,’ zegt Monika Mościbrodzka, sterrenkundige aan de Radboud Universiteit en coördinator van de Polarimetrie-werkgroep van de EHT.
Op 10 april 2019 presenteerden wetenschappers de allereerste foto van een zwart gat, waarop een heldere ringachtige structuur rond een donker centrum – de schaduw van het zwarte gat – te zien was. Sindsdien is de EHT-samenwerking dieper in data van dit superzware zwarte gat in het hart van het sterrenstelsel M87 gedoken. Daarbij is ontdekt dat een aanzienlijke fractie van het licht rond dit zwarte gat gepolariseerd is.
Polarisatie van licht
‘Dit onderzoek is een belangrijke mijlpaal: de polarisatie van licht geeft ons inzicht in de fysica achter de foto die we in april 2019 hebben gezien,’ zegt Iván Martí-Vidal, ook coördinator van de Polarimetrie-werkgroep van de EHT, en GenT Distinguished Researcher aan de Universiteit van Valencia, Spanje. ‘Er waren complexe technieken nodig om de benodigde data te verzamelen en te analyseren. Er zitten jaren werk in deze nieuwe opname.’
Licht wordt gepolariseerd wanneer het door bepaalde filters gaat, zoals de glazen van een gepolariseerde zonnebril, of wanneer het wordt uitgezonden door hete gebieden in de ruimte die gemagnetiseerd zijn. Net zoals een gepolariseerde zonnebril ons beter laat zien door de weerkaatsingen en schitteringen van heldere oppervlakken te verminderen, kunnen astronomen hun zicht op de omgeving van een zwart gat verbeteren door te kijken hoe het daarvan afkomstige licht gepolariseerd is. Meer specifiek stelt polarisatie astronomen in staat om de magnetische veldlijnen langs de rand van het zwarte gat in kaart te brengen.
Zwart gat lanceert jets
‘Onze nieuwe gepolariseerde afbeeldingen vertonen magnetische velden in extreme zwaartekracht’, vertelt medeauteur Sara Issaoun, sterrenkundige aan de Radboud Universiteit. ‘Ze helpen ons om beter te kunnen begrijpen hoe de heldere ring rondom het zwarte gat gekoppeld is aan de krachtige jets van energie en materie die aan de kern van M87 ontspringen en zich tot op minstens 5000 lichtjaar uitstrekken.’
Deze jets behoren tot de meest geheimzinnige en energetische kenmerken van het sterrenstelsel. De meeste materie die zich dicht bij de rand van een zwart gat bevindt, valt naar binnen. Maar sommige van de deeltjes in de omgeving weten op het nippertje te ontsnappen en worden in de vorm van jets ver de ruimte in geblazen.
Magnetische velden
Om dit proces beter te begrijpen, gebruiken astronomen verschillende modellen die beschrijven hoe materie zich in de omgeving van het zwarte gat gedraagt. Maar ze weten nog steeds niet precies hoe jets, groter dan het sterrenstelsel zelf, kunnen worden gelanceerd vanuit een centraal gebied dat kleiner is dan ons zonnestelsel, en ook niet hoe materie precies in het zwarte gat valt. Met de nieuwe EHT-opname van het zwarte gat en diens schaduw in gepolariseerd licht zijn astronomen er voor het eerst in geslaagd om het gebied vlak buiten het zwarte gat te bekijken, waar deze interactie tussen naar binnen stromende en naar buiten geblazen materie zich afspeelt.
De waarnemingen verschaffen nieuwe informatie over de structuur van de magnetische velden net buiten het zwarte gat. Het team heeft ontdekt dat alleen theoretische modellen waarin een belangrijke rol is weggelegd voor sterk gemagnetiseerd gas kunnen verklaren wat zij aan de waarnemingshorizon zien gebeuren.
‘Volgens de nieuwe afbeeldingen zouden de magnetische velden bij het zwarte gat sterk genoeg kunnen zijn om te voorkomen dat materie naar binnen valt. Het gas rondom het zwarte gat kan gemakkelijk naar buiten geblazen worden’, zegt Mościbrodzka.
Event Horizon Telescope en ALMA
Om het hart van het sterrenstelsel M87 waar te nemen, heeft het EHT-consortium acht telescopen verspreid over de wereld, waaronder de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) in het noorden van Chili. Deze telescopen zijn met elkaar verbonden om zo een virtuele telescoop ter grootte van de aarde te creëren: de EHT. Met de indrukwekkende resolutie van de EHT zou je de lengte kunnen meten van een creditcard die op het oppervlak van de maan ligt.
Ciriaco Goddi van de Sterrewacht Leiden en de Radboud Universiteit leidde een bijbehorende studie waarbij alleen ALMA-waarnemingen zijn gebruikt. ‘De metingen van onder andere ALMA waren cruciaal om de EHT-waarnemingen te interpreteren,’ vertelt hij. ‘Op die manier konden we de theoretische modellen afbakenen die beschrijven hoe materie zich in de buurt van een zwart gat gedraagt.’
Publicaties
First M87 Event Horizon Telescope Results VII: polarization of the ring, The Astrophysical Journal, DOI: https://doi.org/10.3847/2041-8213/abee6a
- First M87 Event Horizon Telescope Results VIII: Magnetic Field Structure Near The Event Horizon, The Astrophysical Journal. DOI: https://doi.org/10.3847/2041-8213/abe4de
- Polarimetric properties of Event Horizon Telescope targets from ALMA, The Astrophysical Journal. DOI: https://doi.org/10.3847/2041-8213/abee6a
Opgemaakt persbericht op www.astronomie.nl
Het Event Horizon Telescoopteam
Bij de EHT-samenwerking zijn meer dan driehonderd onderzoekers uit Afrika, Azië, Europa en Noord- en Zuid-Amerika betrokken. Binnen Nederland zijn astronomen van de Radboud Universiteit, van de Universiteit van Amsterdam, de Universiteit Leiden en JIVE-ERC betrokken bij de EHT, evenals de NOVA-technische submm-groep van de Rijksuniversiteit Groningen
De BlackHoleCam-onderzoeksgroep is in 2013 beloond met de Synergy Grant van de Europese Onderzoeksraad, ten bedrage van 14 miljoen euro. De hoofdonderzoekers zijn Heino Falcke, Luciano Rezzolla en Michael Kramer. De partnerinstituten zijn JIVE, IRAM, MPE Garching, IRA/INAF Bologna, SKA en ESO. BlackHoleCam maakt deel uit van de Event Horizon Telescope-samenwerking.