ALMA objevila intenzivní magnetické pole v blízkosti supermasivní černé díry

ESO 015/15 tisková zpráva

Odhalujeme tajemné mechanismy na okraji horizontu událostí

ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array - Atakamská velká milimetrová/submilimetrová anténní soustava) odhalila extrémně silné magnetické pole v oblastech centra galaxie, velmi těsně nad horizontem událostí supermasivní černé díry, v místech, kam naše přístroje zatím nepronikly. Nová pozorování napomohla astronomům pochopit strukturu a vznik těchto superhmotných černých děr v jádrech galaxií a také dvojice vysokorychlostních výtrysků plazmatu často vyvrhovaných z jejich pólů. Výsledky byla zveřejněny 17. dubna 2015 ve vědeckém časopise Science.

Supermasivní černé díry, často o hmotnostech miliardkrát převyšujících hmotnost Slunce, nacházíme v srdcích téměř všech galaxií ve vesmíru. Tyto černé díry mohou kolem sebe shromáždit obrovské množství hmoty, která je obklopuje v podobě disku. Zatímco většina tohoto materiálu 'krmí' černou díru, malá část hmoty je urychlena a těsně před vlastním pohlcením vymrštěna do prostoru rychlostmi blízkými rychlosti světla – stane se součástí polárních výtrysků plazmatu. Ačkoliv jsme se domnívali, že klíčovou roli při úniku hmoty z „rozevřeného jícnu temnoty“ hrají silná magnetická pole v prostoru těsně nad horizontem událostí černé díry, dosud jsme dobře nerozuměli mechanismu, jak k tomu dochází.

Dosud byla prozkoumána pouze slabá magnetická pole ve vzdálenostech několika světelných let od samotných černých děr [1]. V této studii však astronomové z Chalmers University of Technology and Onsala Space Observatory ve Švedsku použili soustavu ALMA k detekci signálu procházejícího silnými magnetickými poli v těsné blízkosti horizontu událostí supermasivní černé díry ve vzdálené galaxii označené PKS 183-211. Pozorovaná magnetická pole se vyskytují přesně v místech, kde je hmota prudce urychlována směrem pryč z černé díry a formuje se do podoby výtrysků.

Výzkumný tým měřil sílu magnetického pole pomocí polarizace světla, které vyzařuje z těsného okolí černé díry.

„Polarizace je důležitou vlastností světla a velmi často je využívána v každodenním životě, například ve slunečních brýlích nebo 3D brýlích v 3D kinech,“ říká Ivan Marti-Vidal, vedoucí autor této práce. „Pokud polarizace vzniká přirozeně, může být využita k měření magnetických polí, protože světlo mění svou polarizaci, když prochází prostředím prostoupeným magnetickým polem. V tomto případě záření, které detekoval výzkumný tým pomocí zařízení ALMA, prošlo v těsné blízkosti horizontu událostí černé díry, a tedy oblastí naplněnou silně magnetizovaným plazmatem.“
 

Astronomové aplikovali nové analytické postupy, které vyvinuli pro zpracování dat z ALMA, a zjistili, že u záření přicházejícího z centra PKS 1830-211 došlo ke stáčení polarizace [2]. Byly použity nejkratší vlnové délky, které kdy byly využity pro tento typ studie, a díky tomu dovolily prozkoumat oblasti v těsné blízkosti centrální černé díry. [3]

„Nalezli jsme jasné známky stáčení roviny polarizace na stonásobně vyšší úrovni, než bylo dosud pozorováno u jakéhokoliv jiného zdroje ve vesmíru,“ říká Sebastien Muller, spoluautor práce. „Díky využití radioteleskopu ALMA náš objev představuje obrovský krok kupředu. A to jak v případě použitých frekvencí elektromagnetického záření, tak ve smyslu zmenšování vzdáleností od černé díry, kde bylo magnetické pole pozorováno - pouze několik světelných dní od horizontu událostí. Tyto výsledky, a budoucí studie, nám pomohou pochopit, co se opravdu děje v bezprostředním okolí supermasivních černých děr.“

Zdroj

Poznámky

[1] Mnohem slabší magnetické pole bylo detekováno v sousedství relativně klidné supermasivní černé díry v centru naší Galaxie. Nedávná pozorování na milimetrových vlnových délkách také odhalila slabá magnetická pole v aktivní galaxii NGC 1275.

[2] Magnetické pole podléhá Faradeyově rotaci, díky které dochází pro různé vlnové délky k odlišnému stáčení roviny polarizace.  S ohledem na skutečnost, že rotace závisí na vlnové délce, slouží k diagnostice magnetického pole v oblasti.

[3] Pozorování pomocí ALMA bylo provedeno na efektivní vlnové délce kolem 0,3 mm, dřívější výzkumy využívaly mnohem delších rádiových vlnových délek. Pouze světlo o milimetrové vlnové délce může uniknout z oblasti v těsné blízkosti černé díry, delší vlnové délky záření jsou pohlceny.

Další informace

Výzkum byl prezentován v práci pod názvem 'A strong magnetic field in the jet base of a supermassive black hole', která byla zveřejněna v Science, 17. dubna 2015.

Složení týmu: I. Martí-Vidal (Onsala Space Observatory and Department of Earth and Space Sciences, Chalmers University of Technology, Švédsko), S. Muller (Onsala Space Observatory and Department of Earth and Space Sciences, Chalmers University of Technology, Švédsko), W. Vlemmings (Department of Earth and Space Sciences and Onsala Space Observatory, Chalmers University of Technology, Švédsko), C. Horellou (Department of Earth and Space Sciences, Chalmers University of Technology, Švédsko) a S. Aalto (Department of Earth and Space Sciences, Chalmers University of Technology, Švédsko).

Astronomická observatoř ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) je mezinárodním partnerským projektem organizací ESO, NSF (US National Science Foundation) a NINS (National Institutes of Natural Sciences) v Japonsku ve spolupráci s Chilskou republikou. ALMA je za členské státy financována ESO, NSF ve spolupráci s NRC (National Research Council of Canada) a NSC (National Science Council of Taiwan) a NINS ve spolupráci s AS (Academia Sinica) na Taiwanu a KASI (Korea Astronomy and Space Science Institute) v Koreji. 

Výstavba a provoz observatoře ALMA jsou ze strany Evropy řízeny ESO, ze strany Severní Ameriky NRAO (National Radio Astronomy Observatory), která je řízena AUI (Associated Universities, Inc.), a za východní Asii NAOJ (National Astronomical Observatory of Japan). Spojená observatoř ALMA (JAO, Joint ALMA Observatory) poskytuje jednotné vedení a řízení stavby, plánování a provoz teleskopu ALMA.

ESO je nejvýznamnější mezivládní astronomická organizace Evropy, která v současnosti provozuje jedny z nejproduktivnějších pozemních astronomických observatoří světa. ESO podporuje celkem 16 zemí: Belgie, Brazílie, Česká republika, Dánsko, Finsko, Francie, Itálie, Německo, Nizozemsko, Portugalsko, Rakousko, Španělsko, Švédsko, Švýcarsko, Velká Británie a hostící stát Chile. ESO uskutečňuje ambiciózní program zaměřený na návrh, konstrukci a provoz výkonných pozemních pozorovacích komplexů umožňujících astronomům dosáhnout významných vědeckých objevů. ESO také hraje vedoucí úlohu při podpoře a organizaci celosvětové spolupráce v astronomickém výzkumu. ESO provozuje tři unikátní pozorovací střediska světového významu nacházející se v Chile: La Silla, Paranal a Chajnantor. Na Observatoři Paranal, nejvyspělejší astronomické observatoři světa pro viditelnou oblast, pracuje Velmi velký dalekohled VLT a také dva další přehlídkové teleskopy – VISTA a VST. Dalekohled VISTA pozoruje v infračervené části spektra a je největším přehlídkovým teleskopem na světě, dalekohled VST je největším teleskopem navrženým k prohlídce oblohy ve viditelné oblasti spektra. ESO je významným partnerem revolučního astronomického teleskopu ALMA, největšího astronomického projektu současnosti. Nedaleko Paranalu v oblasti Cero Armazones staví ESO nový dalekohled E-ELT (European Extremely Large optical/near-infrared Telescope), který se stane „největším okem hledícím do vesmíru“.

Odkazy

• snímky observatoře ALMA

Kontakty

Viktor Votruba; národní kontakt; Astronomický ústav AV ČR, 251 65 Ondřejov, Česká republika; Email: votruba@physics.muni.cz

Libor Lenža; překlad; Hvězdárna Valašské Meziříčí, p. o., Česká republika; Email: libor.lenza@astrovm.cz

Ivan Marti-Vidal; Onsala Space Observatory; Onsala, Sweden; Tel.: +46 31 772 55 57; Email: ivan.marti-vidal@chalmers.se

Richard Hook; ESO, Public Information Officer; Garching bei München, Germany; Tel.: +49 89 3200 6655; Mobil: +49 151 1537 3591; Email: rhook@eso.org