Et internationalt team af forskere brugte observationer med flere bølgelængder af aktive galaktiske kerner til at studere, hvordan sorte huller lancerer relativistiske jetfly. De seksten kilder blev observeret med Event Horizon Telescope under sin første kampagne i 2017. Den ekstreme opløsning opnået af Event Horizon Telescope aktiverede undersøgelser af Jets tættere end nogensinde på de centrale supermassive sorte huller i disse galakser.
Holdet undersøgte accelerationen og magnetiseringen af Jets ved at sammenligne resultater opnået ved forskellige frekvenser og vinkelskalaer. Arbejdet blev ledet af forskere fra MPIFR i Bonn, Tyskland og IAA-CSIC i Granada, Spanien, og er nu offentliggjort i Astronomi og astrofysik.
For at vurdere nøjagtigheden i forståelsen af udviklingen af jetfly i centre for aktive galakser med supermassive sorte huller sammenlignede et internationalt forskerteam ledet af Jan Röder (MPIFR og IAA-CSIC) observationer, der blev foretaget med begivenhedshorisonten Telescope med tidligere undersøgelser ved hjælp af den meget lange baseline-array og Global Millimeter VLBI-array, som prøver meget større rumlige scaler.
Fra denne sammenligning kunne de udlede, hvordan jetfly udvikler sig fra deres oprindelse nær det sorte hul til mange lysår ind i det interstellære rum. Intensiteten af stråling, der udsendes fra en given region på himlen, målt som lysstyrketemperatur, øges generelt, når den emitterende jetplasma bevæger sig længere fra det sorte hul.
“Vores fund udfordrer mangeårige antagelser om, hvordan Jets opfører sig,” siger Röder. “Ved at analysere en prøve af seksten aktive galaktiske kerner var vi i stand til at reducere påvirkningen af individuelle særegenheder og opnå et bredere billede af jetadfærd.”
I den mest almindelige model antages jetfly at være koniske, der indeholder plasma, der bevæger sig med konstant hastighed, mens magnetfeltstyrken og densiteten af jetplasma -forfaldet med voksende afstand fra den centrale motor. Baseret på disse antagelser kan forudsigelser fremsættes om jetflyets observerbare egenskaber.
“Denne grundlæggende model kan ikke være en perfekt beskrivelse for alle jetfly-mest sandsynligt, kun for en lille brøkdel. Dynamikken og understrukturen af jetfly er komplicerede, og observationsresultater kan lide meget af astrofysiske degeneracies,” fortsætter Röder.
“For eksempel ved vi, at mange jetfly ser ud til at accelerere. Enten accelererer plasmaet selv, eller det kan være en effekt af geometri: hvis jetbøjningerne kan pege på os mere direkte, hvilket giver indtryk af hurtigere bevægelse.”
“Ved hjælp af en prøve på seksten aktive galaktiske kerner var vi i stand til at få et bredere billede af Jets opførsel sammenlignet med bare at se på individuelle kilder. På denne måde er resultaterne mindre tilbøjelige til at påvirke deres respektive unikke egenskaber,” siger projektet co-leder Maciek Wielgus fra IAA-CSIC. “Vi bemærkede, at jetflyets lysstyrke typisk stiger med voksende afstand fra det sorte hul, hvilket stærkt antyder acceleration.”
Eduardo Ros, også fra MPIFR og europæisk planlægger af den globale millimeter VLBI-array, fremhæver vigtigheden af mellemskalaobservationer: “Den globale millimeter VLBI-array, der opererer ved 3,5 mm bølgelængde, giver de vigtigste oplysninger mellem de højeste opløsninger, der blev opnået ved det mere generelle billede af Jets, der blev givet ved den meget længdede array. Som præsenteret af Rusen Lu og samarbejdspartnere i april 2023. “
Aktive galaktiske kerner, de lyse hjerter af nogle galakser, drives af supermassive sorte huller. Kraftfulde plasmarets fremkommer fra nogle af disse genstande og når mange tusinder af lysår ud i intergalaktisk rum. For at forstå den komplicerede fysik bag dette fænomen kræves observationer med ekstrem vinkelopløsning, så astronomer kan kigge ind i riket tæt på jetflyets oprindelse.
Event Horizon Telescope (EHT) er en række radioteleskoper spredt over hele kloden, der arbejder sammen for at danne et virtuelt teleskop på størrelse med Jorden, der giver den opløsning, der kræves for at studere sorte huller og deres jetfly. EHT drives af et internationalt samarbejde med hundreder af forskere og leverede de første billeder af supermassive sorte huller i Mælkevejscentrene (Skytten A*) og M87. Ved siden af disse vigtigste mål observerede EHT en række aktive galaktiske kerner i løbet af sin kampagne i 2017.
For at vurdere, hvor nøjagtigt – eller unøjagtigt – forståelsen af udviklingen af jetfly er, sammenlignede forskerne EHT -resultaterne med tidligere observationer af de samme kilder. Disse var blevet udført med den meget lange baseline -array og den globale millimeter VLBI -array, hvilket efterfulgte meget større rumlige skalaer end EHT.
Fra denne sammenligning var det muligt at udlede udviklingen af jetfly fra tæt på deres oprindelse, op til mange lysår til det interstellære rum. Den strålende effekt pr. Solid vinkel modtaget fra en given kilde, målt ved lysstyrketemperaturen, øges gradvist, når den emitterende jetplasma kommer længere og længere væk fra det sorte hul.
Mens der er alternative forklaringer på disse nye observationer, som en afvigelse fra den koniske geometri, kan den grundlæggende teoretiske model helt klart ikke fuldt ud gengive egenskaberne af jetfly tæt på deres oprindelse.
“Flere undersøgelser er nødvendige for fuldt ud at forstå accelerationsmekanismen, strømmen af energi, magnetfelternes rolle i jetfly af aktive galaktiske kerner og deres geometrier. Den ekspanderende EHT -array vil spille en vigtig rolle i de fremtidige opdagelser om disse fascinerende genstande,” siger Röder.
J. Anton Zensus, direktør ved MPIFR og stiftelsesformand for EHT-samarbejdet, konkluderer, “Disse resultater er baseret på det igangværende arbejde for EHT og bekræftes af den globale millimeter VLBI-array-studier. De demonstrerer vigtigheden af globale partnerskaber, avancerede teknologier og vedvarende forskning til videnskabelige fremskridt.
“Med nye teleskoper og den næste generation af netværk vil vi fortsætte med at uddybe vores forståelse af disse fascinerende kosmiske fænomener.”