Emissionen från M87 har nu lösts upp till en ljus, tunn ring (orange färgkarta), som härrör från den oändliga sekvensen av ytterligare bilder av emissionsregionen, och den mer diffusa primärbilden, producerad av fotoner som kommer direkt mot jorden (i blå konturer). När de betraktas med bildupplösningen för Event Horizon-teleskopet blir de två komponenterna oskarpa tillsammans. Men genom att separat söka efter den tunna ringen är det möjligt att skärpa synen på M87, vilket isolerar fingeravtrycket av stark gravitation. Kredit:Broderick et al.
När forskare avslöjade mänsklighetens historiska första bild av ett svart hål 2019 – som visar en mörk kärna omgiven av en brinnande aura av material som faller mot den – trodde de att ännu rikare bilder och insikter väntade på att bli retade ur data.
Simuleringar förutspådde att det, gömt bakom bländningen av det diffusa orangea skenet, borde finnas en tunn, ljus ring av ljus skapad av fotoner som kastas runt baksidan av det svarta hålet av dess intensiva gravitation.
Ett team av forskare ledda av astrofysikern Avery Broderick använde sofistikerade bildalgoritmer för att i huvudsak "remastera" originalbilderna av det supermassiva svarta hålet i mitten av M87-galaxen.
"Vi släckte strålkastaren för att se eldflugorna", säger Broderick, en associerad fakultetsmedlem vid Perimeter Institute och University of Waterloo. "Vi har kunnat göra något djupgående - att lösa en grundläggande signatur av gravitation runt ett svart hål."
Genom att i huvudsak "skala bort" delar av bilderna, säger medförfattaren Hung-Yi Pu, biträdande professor vid National Taiwan Normal University, "kan miljön runt det svarta hålet tydligt avslöjas."
För att åstadkomma detta använde teamet en ny bildalgoritm inom analysramverket Event Horizon Telescope (EHT) THEMIS för att isolera och extrahera den distinkta ringfunktionen från de ursprungliga observationerna av det svarta hålet M87 – samt detektera det avslöjade fotavtrycket från en kraftfull jetsprängning utåt från det svarta hålet.
Forskarnas fynd bekräftar både teoretiska förutsägelser och erbjuder nya sätt att utforska dessa mystiska objekt, som tros ligga i hjärtat av de flesta galaxer.
Svarta hål ansågs länge vara osynliga tills forskare lockade ut dem ur gömmorna med ett världsomspännande nätverk av teleskop, EHT. Med hjälp av åtta observatorier på fyra kontinenter, alla pekade på samma plats på himlen och länkade ihop med nanosekunds timing; EHT-forskarna observerade två svarta hål 2017.
EHT-samarbetet avslöjade först det supermassiva svarta hålet i M87 2019, och sedan 2022, det jämförelsevis lilla men tumultartade svarta hålet i hjärtat av vår egen Vintergatans galax, kallad Sagittarius A* (eller Sgr A*). Supermassiva svarta hål upptar mitten av de flesta galaxer och packar en otrolig mängd massa och energi i ett litet utrymme. Det svarta hålet M87, till exempel, är två kvadriljoner (det är två följt av 15 nollor) gånger mer massiv än jorden.
M87-bildforskarna som presenterades 2019 var ett landmärke, men forskarna ansåg att de kunde skärpa bilden och få nya insikter genom att arbeta smartare, inte hårdare. De tillämpade nya mjukvarutekniker för att rekonstruera den ursprungliga 2017-datan på jakt efter fenomen som teorier och modeller förutspådde låg på lur under ytan. Den nya, resulterande bilden föreställer fotonringen, som består av en serie av allt skarpare underringar, som teamet sedan staplade för att få hela bilden.
"Det tillvägagångssätt vi använde innebar att utnyttja vår teoretiska förståelse av hur dessa svarta hål ser ut för att bygga en skräddarsydd modell för EHT-data", säger Dominic Pesce, en teammedlem baserad på Center for Astrophysics | Harvard och Smithsonian. "Den här modellen bryter ner den rekonstruerade bilden i de två delarna som vi bryr oss mest om, så vi kan studera båda delarna individuellt istället för att blandas ihop."
Resultatet var möjligt eftersom EHT är ett "beräkningsinstrument i sitt hjärta", säger Broderick, som innehar Delaney Family John Archibald Wheeler Chair vid Perimeter. "Det är lika beroende av algoritmer som det är av stål. Banbrytande algoritmisk utveckling har gjort det möjligt för oss att undersöka nyckelfunktioner i bilden samtidigt som resten återges i EHT:s ursprungliga upplösning."
Forskarnas resultat publicerades i The Astrophysical Journal . + Utforska vidare
