블랙홀의 새로운 이미지에서 ‘푹신한’ 고리가 드러납니다.

오늘 천문학자들이 밝혀낸 블랙홀의 새로운 사진 M87 은하의 중심에는 블랙홀의 빛나는 고리의 부드러운 버전과 강력한 제트가 처음으로 같은 이미지에 함께 보입니다. 그만큼 이벤트 호라이즌 망원경 EHT는 2017년에 처음으로 블랙홀을 이미지화했습니다. 이 새로운 이미지는 다음에서 수집한 데이터를 기반으로 합니다. VLBI 범용 밀리미터 세트 (GMVA)는 약간 다르지만 과학적으로 중요한 파장에서 무선 방출을 포착했습니다. 새로운 관측 데이터, 이미지 처리 방법 및 관련 컴퓨터 시뮬레이션에 대한 자세한 내용은 Nature 저널에 발표된 새 논문에 설명되어 있습니다.

“이것은 중앙 블랙홀에서 탈출하는 강력한 제트와 관련하여 고리가 어디에 있는지 확인할 수 있는 첫 번째 이미지입니다.” 공동 저자 Kazunori Akiyama는 말했습니다. 블랙홀을 시각화하는 데 사용되는 이미징 소프트웨어를 개발한 MIT의 Haystack Observatory에서 가져온 것입니다. “우리는 이제 입자가 가속되고 가열되는 방법과 블랙홀에 대한 다른 많은 미스터리와 같은 질문을 더 깊이 다룰 수 있습니다.”

앞서 언급했듯이 EHT는 하와이에서 유럽까지, 남극에서 그린란드까지의 장비를 포함하여 전 세계에 퍼져 있는 망원경 모음입니다. “망원경”은 서로 다른 위치에서 포착된 빛을 사용하여 거대한 망원경(매우 큰 망원경, 망원경).

EHT에서 일하는 과학자들은 세계적인 헤드라인을 장식했습니다. 2019년 그들이 M87 은하의 중심에 있는 백홀의 첫 번째 직접 이미지를 공개했을 때. 2년 후, EHT 연구원들은 동일한 블랙홀의 새로운 이미지를 공개했는데, 이번에는 그것이 어떻게 생겼는지 보여줍니다. 편광. 할 수있는 능력 이 편광을 측정 처음으로 블랙홀 가장자리에 있는 자기장의 시그니처는 블랙홀이 어떻게 물질을 삼키고 코어에서 강력한 제트를 방출하는지에 대한 새로운 통찰력을 제공했습니다. 천문학자들도 할 수 있었다 자기장 라인 결정 내부 가장자리에서 내부로 흐르고 외부로 폭발하는 물질 간의 상호 작용을 연구합니다.

그리고 이달 초 EHT 협업의 4개 구성원은 PRIMO(주성분 간섭계 모델링)라는 새로운 기계 학습 기술을 원본 2017 데이터에 적용하여 그 유명한 그림을 제공했습니다. 그녀의 첫 변신. PRIMO는 블랙홀이 가스를 축적하는 30,000개 이상의 시뮬레이션 이미지를 분석하여 이러한 물질 축적이 어떻게 발생할 수 있는지에 대한 여러 가지 모델을 고려했습니다. 구조적 패턴은 시뮬레이션에서 나타나는 빈도에 따라 정렬된 다음 PRIMO가 이를 혼합하여 블랙홀의 새로운 고해상도 이미지를 생성했습니다.

GMVA 협업의 이 새로운 이미지는 2018년 4월 14-15일에 수집된 다양한 파장의 무선 방출을 활용합니다. EHT의 망원경 그리드는 1.3mm의 해상도로 조정되는 반면 GMVA의 망원경은 3.5mm로 설정됩니다. 이에 비해 밀짚 천문대 천문학자는 제프리 크루즈에 대한 설명 EHT는 원본을 “Made in FM”으로 묘사한 반면, 이 새로운 GMVA 이미지는 “AM에서 온 것”이라고 덧붙였습니다. “함께 이야기하면 더 좋은 이야기입니다.”

GMVA 망원경은 지구 축을 따라 동쪽에서 서쪽으로 위치하기 때문에 그린란드 망원경 북쪽으로 그리고 Atacama 대형 밀리미터/미터 어레이 ALMA는 그림을 완성하기 위해 남쪽에 포함됩니다. 이것이 천문학자들이 블랙홀의 그림자를 포착하고 동시에 방출 제트를 더 잘 볼 수 있게 한 것입니다. 이러한 모든 망원경의 데이터는 간섭계를 사용하여 동기화되었으며 Akiyama가 개발한 희소 간섭계 모델링 이미징 라이브러리를 포함한 다양한 이미지 처리 알고리즘을 적용하여 최종 이미지를 생성했습니다.

EHT가 처음 촬영한 빛나는 고리는 블랙홀 주위를 공전하는 물질의 결과입니다. 이 물질은 가열되고 블랙홀의 강한 중력은 방출된 빛을 휘게 하여 중앙에 어두운 영역인 블랙홀의 그림자가 있는 빛의 고리를 형성합니다. 그러나 GMVA 이미지는 원래 EHT 이미지보다 50% 더 돌출된 링을 보여줍니다. 후속 컴퓨터 시뮬레이션은 새로운 이미지가 블랙홀을 향해 떨어지는 더 많은 물질, 특히 주변 강착 디스크의 과열 플라즈마를 보여주기 때문이라고 제안합니다.

또한 중앙 링에서 뻗어나온 플라즈마 흔적이 있었는데, 아마도 우주로 바깥쪽으로 분사되는 제트기의 일부일 가능성이 높습니다. 천문학자들은 M87과 같은 블랙홀이 강력한 물질 제트를 분출할 수 있다는 것을 오랫동안 알고 있었지만 근본적인 물리학은 완전히 이해되지 않았으며 제트가 블랙홀 근처에서 어디에서 시작되는지 관찰할 수 있는 것은 더 많은 것을 배우는 데 필수적입니다. GMVA의 3.5밀리미터 해상도를 통해 천문학자들은 어떻게 강력한 제트가 빛나는 고리에서 나오는지 볼 수 있었으며 제트의 바닥이 실제로 그 고리에 연결되어 있음을 처음으로 드러냈습니다.

“흥미로운 것은 우리가 여전히 블랙홀의 그림자 특징을 보고 있지만 더 확장된 제트를 보기 시작했다는 것입니다.”라고 그는 말했습니다. 아키야마가 말했다.. “플라즈마가 이 파장에서 빛을 방출하려면 매우 뜨거워야 하므로 플라즈마의 모든 입자는 거의 빛의 속도로 이동합니다. 따라서 입자는 상대론적 속도로 가속됩니다. 그리고 우리는 M87의 경우에서 그것을 봅니다. , 그 제트기는 정말 넓은 범위를 확장하고 이동합니다.”

미래의 관측은 예를 들어 천문학자들에게 블랙홀 플라즈마의 온도 프로파일과 구성에 대해 더 많은 것을 알려주면서 M87의 과학 이야기를 더욱 구체화하기 위해 더 많은 전파 파장을 목표로 할 것입니다.

DOI: 자연, 2023. 10.1038 / s41586-023-05843-w (DOI에 대해).