Event Horizon Telescopella (EHT) työskentelevät tutkijat ovat havainneet supermassiivisen mustan aukon takana kilpailevien fotonien luoman terävän valorenkaan. Havainto vahvistaa Einsteinin yleisen suhteellisuusteorian ennusteen ja valaisee lisää mustan aukon massaa ja supermassiivisesta kohteesta lähtevää voimakasta materiaalisuihkua.
EHT on maailmanlaajuinen joukko radioteleskooppeja, joissa yhdistettynä on riittävän leveä aukko ratkaisemaan supermassiivisten mustien aukkojen välittömän ympäristön. Vuonna 2019 EHT:n tutkijat tuottivat ensimmäinen kuva ikinä supermassiivista mustaa aukkoa M87* ympäröivästä hehkuvasta kaasun ja "varjon" kiekosta. Tämä esine on Messier 87 -galaksin ytimessä ja sen uskotaan olevan noin 7 miljardia kertaa Aurinkoa massiivisempi. EHT osoitti sitten Linnunradan keskellä olevaa supermassiivista mustaa aukkoa kuva kohteen levystä ja varjosta julkaistiin aiemmin tänä vuonna.
Nyt EHT-tutkijat johtivat Avery Broderick Kanadan Perimeter Institute for Theoretical Physics ja Waterloon yliopisto ovat tarkastelleet uudelleen M87*-havaintojaan etsiessään terävää valorengasta, jonka fotonit luovat, jotka kiertävät puolikiertoradan mustan aukon takaosan ympäri ennen matkaa Maahan. Tämä rengas ennustetaan yleisillä relativistisilla magnetohydrodynaamisilla simulaatioilla M87*:tä ympäröivästä alueesta, mutta sitä ei voitu nähdä suoraan Maahan kulkevien fotonien luoman kirkkaan hajavalokiekon vuoksi.
Tulikärpästen näkeminen
"Sammutimme valonheittimen nähdäksemme tulikärpäsiä", Broderick sanoo ja lisää: "Olemme pystyneet tekemään jotain syvällistä - ratkaisemaan mustan aukon ympärillä olevan painovoiman perustavanlaatuisen allekirjoituksen". Tiimi teki tämän käyttämällä uutta kuvantamisalgoritmia, johon he lisäsivät TEEMAT – analyysikehys, joka auttaa tutkijoita ymmärtämään EHT-havaintoja.
Tiimin jäsen Hung-Yi Pu National Taiwan Normal Universitystä sanoo, että uusi algoritmi sallii yhteistyön "kuorita" EHT-kuvan elementtejä, jotta "mustan aukon ympäristö voidaan sitten paljastaa selvästi".
Planeetan kokoisen kaukoputken rakentaminen
Fotonirenkaan tarkkailun lisäksi tiimi löysi todisteita voimakkaasta pyörivästä materiaalisuihkusta, joka sinkoutui mustan aukon alueelta. Jälkimmäinen havainto vahvistaa teoreettisen ennusteen, että mustan aukon pyöriminen saa aikaan voimakkaan materiaalin ulosvirtauksen. Tämä uusin analyysi yhdistettynä aikaisempiin havaintoihin on myös antanut tiimille mahdollisuuden antaa toistaiseksi parhaan arvon M87*:n massalle, kiinnittäen sen 7.13 ± 0.39 miljardiin auringon massaan.
Teoria ennustaa, että M87:n* ympärillä pitäisi olla enemmän renkaita, joista jokainen vastaa fotoneja, jotka kiertävät eri kiertoradat mustan aukon ympärillä. Tiimi uskoo, että sen pitäisi pystyä tarkentamaan analyysiään nähdäkseen ainakin yhden lisää näistä renkaista.
Tutkimusta kuvataan Astrofyysinen lehti.
