2019-ben a tudományos világ lenyűgözve figyelte, ahogy az Eseményhorizont Teleszkóp (EHT) együttműködés bemutatta a történelem első fekete lyukról készült felvételét. A kép az M87 jelű szuperóriás elliptikus galaxis középpontjában lapuló szupermasszív fekete lyukat ábrázolta, amely mintegy 53,5 millió fényévre található a Földtől a Szűz csillagkép irányában. Az azóta eltelt években a kutatók további megfigyelésekkel igyekeztek mélyebben megérteni ezeknek az extrém égitesteknek a fizikáját.
Most egy nemzetközi kutatócsoport a Sanghaji Csillagászati Obszervatórium (SAO) vezetésével példátlan részletességű elemzést végzett. A szakemberek első alkalommal készítettek térben felbontott, kettős frekvenciás spektrális vizsgálatot az M87 fekete lyukáról, ami túlmutat a puszta szerkezeti képalkotáson. Munkájuk során több obszervatórium horizontméretű képeit kombinálva olyan térképet hoztak létre, amely megmutatja, hogyan változik a fekete lyuk spektrális jellemzője a távolság függvényében.
Az eredmények forradalmi betekintést nyújtanak a fekete lyuk körüli extrém plazmakörnyezetbe. A megfigyelések lehetővé tették, hogy a kutatók ne csak az eseményhorizonton túli plazmaszerkezetet lássák, hanem közvetlenül jellemezzék a sugárzási folyamatokat és a fizikai kondíciókat is, amelyek uralják ezt a szélsőséges tartományt.
Kettős frekvencia térképezi fel a plazma spektrális ujjlenyomatát
A kutatócsoport a 2018-ban gyűjtött adatokra támaszkodott, melyeket az EHT és a Globális Milliméteres VLBI Hálózat (GMVA) szolgáltatott. A két műszerrel készült, 1,3 és 3,5 milliméteres hullámhosszon rögzített horizontméretű képeket egyesítették, így létrehozva az első térben felbontott spektrális index térképet. Az elemzésből kiderült, hogy a fekete lyukat körülvevő sugárzás tulajdonságai nem állandóak, hanem a központi objektumtól mért távolsággal szisztematikusan változnak.
A legbelső régióban a spektrális index pozitív értéket mutat, és a sugárral arányosan enyhén növekszik. Ez arra utal, hogy a sugárzást ebben a tartományban nagymértékben befolyásolja a szinkrotron önabszorpció nevű jelenség. Ilyenkor a közel fénysebességgel mágneses térben mozgó elektronok visszanyelik az általuk korábban kibocsátott fotonokat, ami egyedi spektrális mintázatot eredményez.
Távolabb haladva a spektrális index csökkenni kezd, majd negatívba fordul át. Ez az átmenet azt jelzi, hogy a fotonok már szabadon el tudnak szökni anélkül, hogy elnyelődnének, szóródnának vagy újra kibocsátódnának. A kritikus határvonal a fekete lyuktól számított nagyjából 30 mikroívmásodperc távolságra húzódik, ami tökéletes összhangban van a GMVA által korábban feltárt gyűrűs szerkezettel.
Új ablak nyílik a horizontközeli plazmafizikára
Shan-Shan Zhao, a SAO kutatója és a tanulmány első szerzője hangsúlyozta, hogy a térben felbontott spektrális index eloszlás révén először tudják számszerűen jellemezni, hogyan változnak a sugárzási tulajdonságok a fekete lyuk környezetében. Ez lehetőséget teremt a plazma állapotának horizontméretű skálán történő feltérképezésére, és új nyomokat szolgáltat az akkréciós folyamatok, valamint a jetszerkezetek kialakulásának megértéséhez.
Ru-Sen Lu, a kutatás levelező szerzője kiemelte, hogy a többfrekvenciás horizontméretű képalkotás a közeljövőben a fekete lyukak körüli plazma fizikai diagnosztikájának egyik leghatékonyabb eszközévé válik. A technológia fejlődésével a csillagászok még több frekvencián, nagyobb érzékenységgel és jobb időbeli felbontással végezhetnek majd megfigyeléseket, ami segít szétválasztani a plazmafizikai hatásokat a gravitációs jelektől.
A milliméteres nagyon hosszú bázisvonalú interferometria (VLBI) folyamatos fejlődése lehetővé teszi, hogy a tudósok egyre pontosabb képet alkossanak az akkréciós korongok, a jetképződés és az erős gravitációs terekben zajló sugárzási folyamatok természetéről. Ezek az eredmények nem csupán az M87 fekete lyukának titkait tárják fel, hanem a világegyetem legextrémebb plazmakörnyezeteinek általános viselkedését is jobban megvilágítják.
© : Event Horizon Telescope Collaboration
Forrás: Universetoday.com
