Tutkijat selvittivät ensimmäistä kertaa mustaa aukkoa ympäröivien magneettikenttien rakenteen

Kaksi vuotta sitten Event Horizon Telescopen (EHT) tutkijat paljastivat ensimmäisen kuvan M87- galaksin keskellä sijaitsevasta supermassiivisesta mustasta aukosta. Tänään julkaistu kuva antaa uutta tietoa magneettikenttien rakenteesta aivan mustan aukon reunalla.  

Tulosten mukaan magneettikentät ovat niin voimakkaita, että ne pystyvät vastustamaan painovoiman vetoa ja estämään osaa kaasusta putoamasta mustaan aukkoon. Näin ne ohjaavat kaasun liikkeitä mustan aukon ympärillä ja ovat mukana synnyttämässä voimakkaita kaasusuihkuja. 

EHT-hankkeessa työskentelee yli 300 tutkijaa kaikkialta maailmassa. Tutkijat käyttävät ainutlaatuista tekniikkaa, jossa ympäri maapalloa sijaitsevat radioteleskoopit yhdistetään yhdeksi valtavaksi teleskoopiksi. Teleskooppien signaalit kuljetettiin havaintojen jälkeen kahdelle supertietokoneelle signaalien yhdistämistä varten. Tämän jälkeen yhdistetyistä signaaleista piti vielä laskea kuva.  

Magneettikentistä näin lähellä aukkoa on aikaisemmin ollut hyvin vähän tietoa, kertoo EHT-yhteistyöhankkeen suomalaisjäsen Tuomas Savolainen Aalto-yliopiston Metsähovin radiotutkimusasemalta. 

”Tiesimme, että mustan aukon ympärillä on magneettikenttä, mutta emme tienneet millainen. Se, että saimme selville magneettikentän rakenteen näin lähellä mustan aukon reunaa, on merkittävä edistysaskel”, hän sanoo.   

Suuri osa materiasta M87:n mustan aukon lähellä putoaa aukkoon, mutta osa suihkuaa yli 5 000 valovuoden päähän. Aukon reunan lähellä olevat magneettikentät ovat avainasemassa näiden suihkujen ymmärtämisessä, mutta vasta EHT mahdollisti kenttien kuvaamisen.  

Polarisaation mittaaminen avainasemassa 

Tähtitieteilijät saivat kuvan magneettikentästä tutkimalla sieltä tulevan valon polarisoitumista. 

Valo polarisoituu, kun se kulkee tiettyjen suodattimien läpi. Esimerkiksi polarisoidut aurinkolasit auttavat meitä näkemään paremmin, koska ne vähentävät heijastuksia ja häikäisyä kirkkailta pinnoilta. Myös mustaa aukkoa ympäröivän kuuman kaasun lähettämä valo on polarisoitunutta, ja polarisaation suunta määräytyy kaasussa olevan magneettikentän suunnan mukaan. 

”Mustan aukon ympärillä näkyvän kirkkaan renkaan valo on osittain polarisoitunutta. Polarisaation suunta seurailee rengasta spiraalinmuotoisena, ja voimme päätellä magneettikentän olevan ainakin osittain järjestäytynyt säteittäisesti tai vertikaalisesti.  Vertasimme mitattuja polarisaatio-ominaisuuksia simulaatioihin, jotka kertovat kaasun liikkeistä mustan aukon ympärillä. Näin pystyimme rajaamaan sopivien mallien joukkoa pienemmäksi”, Savolainen kertoo. 

”Uuden kuvan paljastaminen on vaatinut vuosien työn tietojen hankkimiseen ja analysointiin liittyvien monimutkaisten tekniikoiden vuoksi”, sanoo Valencian yliopiston tutkija Iván Martí-Vidal, joka on koordinoinut tätä EHT:n osaprojektia.  

Tuomas Savolainen oli myös mukana, kun EHT:n tutkijaryhmä onnistui ensimmäistä kertaa kuvaamaan supermassiivisen mustan aukon ja sen varjon vuonna 2019. Silloin Savolainen oli mukana analysoimassa M87:stä kerättyä dataa. Tällä kertaa hän osallistui tutkimuksessa käytettyjen kalibrointikohteiden analyysiin.  

Tulokset julkaistiin tänään kahdessa artikkelissa The Astrophysical Journal Letters -lehdessä.

• First M87 Event Horizon Telescope Results. VII. Polarization of the Ring, The Astrophysical Journal Letters, Vol. 910, L12; http://doi.org/10.3847/2041-8213/abe71d

• First M87 Event Horizon Telescope Results. VIII. Magnetic Field Structure near The Event Horizon, The Astrophysical Journal Letters, Vol. 910, L13; http://doi.org/10.3847/2041-8213/abe4de