Ett år sedan, Event Horizon Telescope (EHT) Collaboration publicerade den första bilden av ett svart hål i den närliggande radiogalaxen M 87. Nu har samarbetet extraherat ny information från EHT-data om den avlägsna kvasaren 3C 279:de observerade den finaste detalj som någonsin setts i en jet som produceras av ett supermassivt svart hål. Nya analyser, ledd av Jae-Young Kim från Max Planck Institute for Radio Astronomy (MPIfR) i Bonn, gjorde det möjligt för samarbetet att spåra jetplanet tillbaka till dess startpunkt, nära där våldsamt variabel strålning från hela det elektromagnetiska spektrumet uppstår.

Resultaten publiceras i kommande nummer av Astronomi &Astrofysik den 7 april, 2020.

EHT-samarbetet fortsätter att extrahera information från banbrytande data som samlades in i sin globala kampanj i april 2017. Ett mål för observationerna var en galax 5 miljarder ljusår bort i stjärnbilden Jungfrun som forskare klassificerar som en kvasar eftersom en ultraljuskälla av energin i dess centrum lyser och flimrar när gas faller in i ett jättelikt svart hål. Målet, 3C 279, innehåller ett svart hål som är ungefär en miljard gånger mer massivt än vår sol. Dubbla brandslangliknande plasmastrålar bryter ut från det svarta hålet och skivsystemet med hastigheter nära ljusets hastighet:en konsekvens av de enorma krafter som släpps lös när materia sjunker ner i det svarta hålets enorma gravitation.

För att ta den nya bilden, EHT använder en teknik som kallas mycket lång baslinjeinterferometri (VLBI), som synkroniserar och länkar radiorätter runt om i världen. Genom att kombinera detta nätverk för att bilda ett enormt virtuellt teleskop i jordstorlek, EHT kan lösa objekt så små som 20 mikrobågsekunder på himlen - motsvarande någon på jorden som identifierar en apelsin på månen. Data som registreras på alla EHT-platser runt om i världen transporteras till speciella superdatorer vid MPIfR och vid MIT:s Haystack Observatory, där de kombineras. Den kombinerade datamängden kalibreras sedan noggrant och analyseras av ett team av experter, vilket sedan gör det möjligt för EHT-forskare att producera bilder med så fina detaljer som möjligt från jordens yta.

För 3C 279, EHT kan mäta egenskaper finare än ett ljusår tvärs över, gör det möjligt för astronomer att följa strålen ner till ackretionsskivan och se strålen och skivan i aktion. De nyligen analyserade data visar att den normalt raka strålen har en oväntad vriden form vid sin bas och, avslöjar särdrag vinkelräta mot strålen som skulle kunna tolkas som polerna på ackretionsskivan där strålarna skjuts ut. De fina detaljerna i bilderna förändras under på varandra följande dagar, möjligen på grund av rotation av accretionskivan, och rivning och infall av material, fenomen som förväntas från numeriska simuleringar men som aldrig tidigare observerats.

Jae-Young Kim, forskare vid MPIfR och huvudförfattare till artikeln, är entusiastisk och samtidigt förbryllad:"Vi visste att varje gång du öppnar ett nytt fönster till universum kan du hitta något nytt. Här, där vi förväntade oss att hitta regionen där strålen bildas genom att gå till den skarpaste bilden som möjligt, vi finner en sorts vinkelrät struktur. Det här är som att hitta en helt annan form genom att öppna den minsta Matryoshka-dockan."

Avery Broderick, en astrofysiker som arbetar vid Perimeter Institute, förklarar "För 3C 279, kombinationen av den transformativa upplösningen av EHT och nya beräkningsverktyg för att tolka dess data har visat sig avslöjande. Det som var en enda radio-"kärna" är nu upplöst i två oberoende komplex. Och de rör sig – även på skalor så små som ljusa månader, jetplanet i 3C 279 rusar mot oss med mer än 99,5 % av ljusets hastighet!"

På grund av denna snabba rörelse, strålen i 3C 279 verkar röra sig med ungefär 20 gånger ljusets hastighet. "Denna extraordinära optiska illusion uppstår eftersom materialet rusar mot oss, jaga ner själva ljuset det sänder ut och få det att se ut att röra sig snabbare än det är, " klargör Dom Pesce, en postdoktor vid Centrum för Astrofysik | Harvard &Smithsonian (CfA). Den oväntade geometrin antyder närvaron av rörelsechocker eller instabilitet i en böjd, roterande jet, vilket också kan förklara emission vid höga energier såsom gammastrålar.

Anton Zensus, Direktör vid MPIfR och ordförande i EHT Collaboration Board, betonar prestationen som en global ansträngning:"Förra året kunde vi presentera den första bilden av skuggan av ett svart hål. Nu ser vi oväntade förändringar i strålens form i 3C 279, och vi är inte klara än. Som vi sa förra året:det här är bara början."

"EHT-arrayen förbättras hela tiden, " förklarar Shep Doeleman från CfA, EHTs grundare. "Dessa nya kvasarresultat visar att de unika EHT-funktionerna kan hantera ett brett spektrum av vetenskapsfrågor, som bara kommer att växa när vi fortsätter att lägga till nya teleskop till arrayen. Vårt team arbetar nu på en nästa generations EHT-array som kommer att skärpa fokus på svarta hål och göra det möjligt för oss att göra de första svarta hålsfilmerna."

Möjligheter att genomföra EHT-observationskampanjer sker en gång om året i början av norra våren, men kampanjen mars/april 2020 var tvungen att ställas in som svar på det globala utbrottet av CoViD-19. När Michael Hecht tillkännagav avbokningen, astronom från MIT/Haystack Observatory och EHT biträdande projektchef, drog slutsatsen att:"Vi kommer nu att ägna vår fulla koncentration åt att slutföra vetenskapliga publikationer från 2017 års data och dyka in i analysen av data som erhållits med den förbättrade EHT-matrisen under 2018. Vi ser fram emot observationer med EHT-matrisen utökad till elva observatorier våren 2021."