Inkluderar den kraftfulla ALMA i en rad teleskop för första gången, astronomer har funnit att emissionen från det supermassiva svarta hålet Sagittarius A* i mitten av galaxen kommer från ett mindre område än man tidigare trott. Det kan tyda på att en radiojet från Skytten A* är riktad nästan direkt mot oss. Pappret, ledd av Nijmegen Ph.D. student Sara Issaoun, publiceras i The Astrophysical Journal .

Ett dimmigt moln av het gas har hindrat astronomer från att ta skarpa bilder av det supermassiva svarta hålet Sagittarius A*, tvivlar på dess sanna natur. Astronomer har nu införlivat det kraftfulla ALMA-teleskopet i norra Chile i ett globalt nätverk av radioteleskop för att titta genom denna dimma, men källan överraskar dem hela tiden - dess utsläppsområde är så litet att källan faktiskt kan peka direkt på jorden.

Genom att använda observationstekniken för mycket lång baslinjeinterferometri (VLBI) vid en frekvens på 86 GHz, som kombinerar många teleskop för att bilda ett virtuellt teleskop lika stort som jorden, teamet lyckades kartlägga de exakta egenskaperna hos ljusspridningen som blockerade vår syn på Skytten A*. Borttagandet av de flesta spridningseffekterna har producerat en första bild av det svarta hålets omgivning.

Den höga kvaliteten på den ospridda bilden har gjort det möjligt för teamet att begränsa teoretiska modeller för gasen runt Sagittarius A*. Huvuddelen av radioutsändningen kommer från bara 300 miljondels grad, och källan har en symmetrisk morfologi. "Detta kan tyda på att radioemissionen produceras i en skiva av infallande gas snarare än av en radiojet, " förklarar Issaoun, som har testat flera datormodeller mot uppgifterna. "Dock, det skulle göra Sagittarius A* till ett undantag jämfört med andra radioutsändande svarta hål. Alternativet kan vara att radiojeten nästan pekar mot oss."

Issaouns handledare Heino Falcke, professor i radioastronomi vid Radboud universitet, kallar detta mycket ovanligt, men han utesluter det inte heller längre. Förra året, Falcke skulle ha sett detta som en konstruerad modell, men nyligen kom GRAVITY-teamet till en liknande slutsats med hjälp av ESO:s Very Large Telescope Interferometer av optiska teleskop och en oberoende teknik. "Kanske är detta sant trots allt, avslutar Falcke, "och vi tittar på det här odjuret från en mycket speciell utsiktspunkt."

Supermassiva svarta hål är vanliga i galaxernas centrum och kan generera de mest energiska fenomenen i det kända universum. Man tror att, runt dessa svarta hål, materia faller i en roterande skiva och en del av denna materia drivs ut i motsatta riktningar längs två smala strålar, kallas jets, i hastigheter nära ljusets hastighet, som vanligtvis producerar mycket radiostrålar. Huruvida radiostrålningen vi ser från Skytten A* kommer från den infallande gasen eller den utströmmande jetstrålen är en fråga för intensiv debatt.

Skytten A* är det närmaste supermassiva svarta hålet och väger cirka 4 miljoner solmassor. Dess skenbara storlek på himlen är mindre än 100 miljondels grad, vilket motsvarar storleken på en tennisboll på månen sett från jorden. Tekniken för VLBI krävs för att mäta den. Upplösningen som uppnås med VLBI ökas ytterligare av observationsfrekvensen. Den högsta frekvensen hittills för att använda VLBI är 230 GHz. "De första observationerna av Sagittarius A* vid 86 GHz är från 26 år sedan, med bara en handfull teleskop. Över åren, kvaliteten på data har förbättrats stadigt i takt med att fler teleskop anslutit sig, " säger J. Anton Zensus, chef för Max Planck Institute for Radio Astronomy.

Issaouns och internationella kollegors forskning beskriver de första observationerna vid 86 GHz där ALMA också deltog, det i särklass känsligaste teleskopet vid denna frekvens. ALMA blev en del av Global Millimeter VLBI Array (GMVA) i april 2017. ALMAs deltagande, möjliggjort av ALMA Phasing Project-insats, har varit avgörande för projektets framgång.

"Skytten A* ligger på den södra himlen, därför är ALMAs deltagande viktigt inte bara på grund av dess känslighet, men också på grund av dess läge på södra halvklotet, " säger Ciriaco Goddi, från noden European ALMA Regional Center i Nederländerna (ALLEGRO, Leiden observatorium). Förutom ALMA, Tolv teleskop i Nordamerika och Europa deltog också i nätverket. Den uppnådda upplösningen var dubbelt så hög som i tidigare observationer vid denna frekvens, och producerade den första bilden av Skytten A* som är helt fri från interstellär spridning, en effekt som orsakas av densitetsojämnheter i det joniserade materialet längs siktlinjen mellan Skytten A* och jorden.

För att ta bort spridningen och få bilden, teamet använde en teknik utvecklad av Michael Johnson från Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA). "Även om spridning suddar ut och förvränger bilden av Skytten A*, den otroliga upplösningen av dessa observationer tillät oss att fastställa de exakta egenskaperna för spridningen, "säger Johnson." Vi kunde sedan ta bort de flesta effekterna från spridning och börja se hur saker och ting ser ut nära det svarta hålet. Den stora nyheten är att dessa observationer visar att spridning inte kommer att hindra Event Horizon Telescope från att se en svart håls skugga vid 230 GHz, om det finns en att se."

Framtida studier vid olika våglängder kommer att ge kompletterande information och ytterligare observationsbegränsningar för denna källa, som håller nyckeln till en bättre förståelse av svarta hål, de mest exotiska föremålen i det kända universum.