Probing jet base emission of M87* with the 2021 Event Horizon Telescope observations
Unter Verwendung erweiterter Beobachtungen des Event Horizon Telescope aus dem Jahr 2021 mit intermediären Baselines identifiziert die Studie eine schwache, mJy Jetbasis-Emissionskomponente in M87* bei einer projizierten Trennung von AU, während sie hellere Emissionen ausschließt und diese Detektion als eine Obergrenze festlegt, die weitere Beobachtungen mit breiterer Baseline-Abdeckung abwartet.
Originalarbeit lizenziert unter CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Dies ist eine KI-generierte Erklärung des untenstehenden Papers. Sie wurde nicht von den Autoren verfasst oder gebilligt. Für technische Genauigkeit konsultieren Sie das Originalpaper. Vollständigen Haftungsausschluss lesen
Stellen Sie sich das Schwarze Loch im Zentrum der Galaxie M87, bekannt als M87*, wie einen kosmischen Leuchtturm vor. Jahrelang haben Astronomen versucht, ein klares Foto seines „Schattens“ (der dunklen Mitte) und des hellen Lichtrings zu machen, der um ihn herum wirbelt. Das ist so, als würde man versuchen, eine winzige Münze in der Dunkelheit zu fotografieren.
Es gibt jedoch ein Problem. Wir wussten, dass dieser Leuchtturm einen massiven Energiestrahl (einen Jet) ausstößt, der weit in den Weltraum reicht. Aber als das Event Horizon Telescope (EHT) in den Jahren 2017 und 2018 Fotos machte, waren die Bilder an den Rändern etwas verschwommen. Es war, als ob die Kamera etwas Licht übersehen hätte, speziell das schwache Leuchten direkt an der Basis dieses Jets, genau dort, wo er das Schwarze Loch verlässt. Wissenschaftler nannten dies den „fehlenden Fluss“ (missing flux) – etwa 1 Jy Licht, das in Wirklichkeit vorhanden war, aber für die Kamera unsichtbar blieb, weil das Teleskop-Array nicht darauf ausgelegt war, es einzufangen.
Das neue Kamera-Setup
Im Jahr 2021 hat das EHT-Team seine „Kamera“ aufgerüstet. Sie fügten zwei neue Teleskope hinzu: eines in Frankreich (NOEMA) und eines in Arizona (Kitt Peak). Stellen Sie sich diese neuen Teleskope so vor, als würden Sie zwei neue Augen zu einer Gruppe von Menschen hinzufügen, die versuchen, ein fernes Objekt zu sehen.
Entscheidend ist, dass diese neuen Augen „mittlere“ Verbindungen (Baselines) zu den bestehenden Teleskopen schufen.
- Das alte Setup: Hatte sehr lange Verbindungen (um winzige Details zu sehen) und sehr kurze Verbindungen (um riesige, verschwommene Klumpen zu sehen), aber nichts dazwischen.
- Das neue Setup: Verfügt nun über Verbindungen, die den „Mittelgrund“ sehen können – die spezifische Größe der Startrampe des Jets.
Die Detektivarbeit
Selbst mit den neuen Teleskopen konnte das Team nicht einfach ein perfektes Bild des Jet-Sockels aufnehmen, da die Sicht immer noch etwas lückenhaft war. Also agierten sie wie Detektive, die einen cleveren Trick namens „Closure Phases“ (Abschlussphasen) anwandten.
Stellen Sie sich drei Personen in einem Dreieck vor, von denen jede ein Walkie-Talkie hält. Sie vergleichen den Zeitpunkt, an dem ein Signal bei allen drei ankommt. Wenn das Signal von einer perfekt symmetrischen Quelle kommt (wie einem perfekten Ring), geht die Zeit-Mathematik genau auf Null auf. Aber wenn es eine schwache, zusätzliche Lichtquelle seitlich gibt, geht die Mathematik nicht auf – es bleibt ein „Residuum“ oder ein „Buckel“ in den Daten zurück.
Das Team fand diese Buckel. Die Daten zeigten, dass das Modell eines perfekten Rings nicht ausreichte; es war noch etwas anderes da, das leicht außermittig liegt.
Die Entdeckung
Indem sie dieses zusätzliche Licht als eine einfache „Gaußsche Verteilung“ (einen glatten, diffusen Lichtfleck) modellierten, fanden die Forscher heraus:
- Position: Das zusätzliche Licht befindets sich südwestlich des Rings des Schwarzen Lochs. Dies entspricht der Richtung, aus der der riesige Jet ausgestrahlt wird.
- Helligkeit: Es ist sehr schwach, etwa 60 MilliJansky. Um dies einzuordnen: Wenn der Hauptring eine helle Glühbirne ist, dann ist die Basis dieses Jets wie ein schwaches Nachtlicht.
- Größe: Sie ist etwa 180 Mikrobogensekunden breit, was in etwa der Größe einer Grapefruit entspricht, die man vom Mond aus sieht.
Warum das wichtig ist (und warum nicht)
Diese Entdeckung ist eine große Sache, weil sie endlich den Punkt auf der Landkarte markiert, an dem der Jet beginnt. Sie bestätigt, dass das „fehlende Licht“ aus den Vorjahren höchstwahrscheinlich von diesem spezifischen Ort kam und nicht von einer riesigen, unsichtbaren Wolke irgendwo anders.
Die Autoren sind jedoch sehr vorsichtig, den Erfolg nicht überzubewerten.
- Die „Obergrenzen“-Einschränkung: Da sie nur zwei neue Teleskop-Verbindungen hatten, können sie kein detailliertes Bild der Form des Jets zeichnen. Sie können lediglich sagen: „Da ist ein schwacher Lichtfleck hier, und er ist definitiv nicht heller als dieser Wert.“
- Kein Konflikt mit alten Fotos: Sie haben ihre neuen Erkenntnisse mit den Fotos von 2017 und 2018 abgeglichen. Sie fanden heraus, dass die alten Fotos tatsächlich völlig in Ordnung waren! Die alten Teleskope konnten diesen schwachen Lichtfleck einfach nicht sehen, sodass die damals verwendeten „Nur-Ring“-Modelle für diese spezifischen Teleskope immer noch korrekt waren. Die neuen Daten fügen lediglich ein winziges, schwaches Detail hinzu, das die alten Kameras übersehen hatten.
Das Fazit
Durch den Einsatz eines neuen, aufgerüsteten Teleskop-Netzwerks haben Astronamen nun endlich ein schwaches, diffuses Leuchten an der Basis des Jets von M87* entdeckt. Es befindet sich genau dort, wo die Physik es vermuten lässt (Südwesten), aber es ist sehr schwach. Während sie die Form noch nicht vollständig kartieren können, haben sie bewiesen, dass es existiert, und eine strikte Grenze für seine Helligkeit festgelegt. Es ist, als hätte man endlich das schwache Pilotlicht eines gewaltigen Ofens entdeckt, das zuvor unsichtbar war.
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