Sebuah teleskop raksasa – delapan kali ukuran Bumi – mengungkap pemandangan jet kosmik masif yang belum pernah terjadi sebelumnya

Para astronom telah memperoleh gambar pancaran plasma yang belum pernah terjadi sebelumnya dari lubang hitam supermasif di blazar 3C 279, mengungkapkan pola kompleks yang menantang teori saat ini. Upaya internasional ini, dengan menggunakan jaringan teleskop radio canggih, telah mendeteksi filamen spiral di dekat sumber pancaran, yang menunjukkan kemungkinan peran medan magnet dalam pembentukan pancaran tersebut. (Konsep artis.)

Sebuah teleskop yang lebih besar dari Bumi telah menemukan tali plasma di alam semesta.

Dengan menggunakan jaringan teleskop radio di Bumi dan di luar angkasa, para astronom mampu menangkap gambar jet paling detail yang pernah ada… plasma Menembak dari massa super Lubang hitam Di jantung galaksi yang jauh, jauh sekali.

Jet tersebut, yang berasal dari inti bercahaya jauh yang disebut 3C 279, bergerak hampir dengan kecepatan cahaya dan menunjukkan pola putaran yang rumit di dekat sumbernya. Pola-pola ini menantang teori standar yang telah digunakan selama 40 tahun untuk menjelaskan bagaimana aliran ini terbentuk dan berubah seiring waktu.

Kontribusi besar terhadap pengamatan dibuat oleh Institut Astronomi Radio Max Planck di Bonn, Jerman, di mana data dari semua teleskop yang berpartisipasi digabungkan untuk membuat teleskop virtual dengan diameter efektif sekitar 100.000 km.

Temuan mereka baru-baru ini dipublikasikan di Astronomi alam.

Gambar 1: Filamen terjerat dalam blazar 3C 279. Gambar bidang relativistik resolusi tinggi dalam sumber ini seperti yang diamati oleh RadioAstron. Gambar tersebut memperlihatkan struktur dalam bidang yang kompleks dengan beberapa filamen berukuran parsec membentuk bentuk spiral. Koleksinya mencakup data dari teleskop radio di seluruh dunia dan dari orbit Bumi, termasuk teleskop radio Effelsberg 100 meter. Data tersebut kemudian diproses di Pusat Korelasi Institut Max Planck untuk Radio Astronomi. Sumber: Kolaborasi NASA/DOE/FermiLAT; Vlba/Jorstad dkk.; Radio Astron/Fuentes dkk

Wawasan tentang Blazars

Blazer adalah sumber radiasi elektromagnetik paling terang dan terkuat di alam semesta. Ini adalah subkelas inti galaksi aktif yang mencakup galaksi dengan lubang hitam supermasif di pusatnya yang mengumpulkan materi dari piringan di sekitarnya. Sekitar 10% inti galaksi aktif, yang diklasifikasikan sebagai quasar, menghasilkan pancaran plasma relativistik. Basar termasuk dalam sebagian kecil quasar di mana kita dapat melihat pancaran sinar ini diarahkan hampir langsung ke pengamat.

Baru-baru ini, tim peneliti, termasuk ilmuwan dari Max Planck Institute for Radio Astronomy (MPIfR) di Bonn, Jerman, mencitrakan wilayah jet paling dalam di blazar 3C 279 dengan resolusi sudut yang belum pernah terjadi sebelumnya dan menemukan filamen spiral yang sangat teratur yang mungkin memerlukan revisi. model yang digunakan sejauh ini untuk menjelaskan proses produksi jet di galaksi aktif.

“Berkat RadioAstron, misi luar angkasa di mana teleskop radio yang mengorbit mencapai Bulan, dan jaringan dua puluh tiga teleskop radio yang tersebar di seluruh Bumi, kami telah memperoleh gambar interior sebuah planet dengan resolusi tertinggi. ” “Jet bintang yang mengalir sejauh ini memungkinkan kami mengamati struktur internal jet dengan sangat detail untuk pertama kalinya,” kata Antonio Fuentes, peneliti di Andalusian Astrophysical Institute (IAA-CSIC) di Granada, Spanyol, yang memimpin pekerjaan.

Implikasi dan tantangan teoritis

Jendela baru di alam semesta yang dibuka oleh misi RadioAstron telah mengungkapkan rincian baru dalam jet plasma 3C 279, sebuah cahaya dengan lubang hitam supermasif di intinya. Jet tersebut berisi setidaknya dua filamen plasma bengkok yang membentang lebih dari 570 tahun cahaya dari pusatnya.

“Ini adalah pertama kalinya kami melihat filamen seperti itu begitu dekat dengan sumber pancaran, dan ini memberi tahu kita lebih banyak tentang bagaimana lubang hitam membentuk plasma. Aliran masuknya juga telah diamati oleh dua teleskop lain, GMVA dan EHT, pada panjang gelombang yang jauh lebih pendek (3,5 mm dan 1,3 mm ), namun mereka tidak dapat mendeteksi bentuk filamen karena terlalu redup dan terlalu besar untuk resolusi ini,” kata Eduardo Ros, anggota tim peneliti dan penjadwal Eropa untuk GMVA. “Ini menunjukkan bagaimana teleskop yang berbeda dapat mengungkap fitur berbeda dari objek yang sama,” tambahnya.

Gambar 2: Pengamatan RadioAstron VLBI menyediakan teleskop virtual hingga delapan kali diameter Bumi (garis dasar maksimum 350.000 km). Kredit: Roskosmos

Pancaran plasma yang keluar dari blazer tidak terlalu lurus dan seragam. Mereka menunjukkan liku-liku yang menunjukkan bagaimana plasma dipengaruhi oleh kekuatan yang mengelilingi lubang hitam. Para astronom yang mempelajari putaran ini pada 3C279, yang disebut filamen spiral, telah menemukan bahwa putaran tersebut disebabkan oleh ketidakstabilan yang terjadi pada plasma jet. Dalam prosesnya, mereka juga menyadari bahwa teori lama yang mereka gunakan untuk menjelaskan bagaimana arus berubah seiring waktu tidak berlaku lagi. Oleh karena itu, diperlukan model teoretis baru yang dapat menjelaskan bagaimana filamen spiral ini terbentuk dan berevolusi di dekat asal muasal jet. Ini merupakan tantangan besar, namun juga peluang besar untuk mempelajari lebih lanjut tentang fenomena kosmik menakjubkan ini.

“Salah satu aspek menarik yang muncul dari hasil kami adalah bahwa hasil tersebut menunjukkan adanya medan magnet heliks yang membatasi aliran,” kata Guang-Yao Zhao, yang saat ini berafiliasi dengan MPIfR dan anggota tim ilmuwan. “Oleh karena itu, medan magnet, yang berputar searah jarum jam di sekitar jet di 3C 279, dapat memandu dan mengarahkan plasma jet yang bergerak dengan kecepatan 0,997 kali kecepatan cahaya.”

“Filamen spiral serupa telah diamati pada jet ekstragalaksi sebelumnya, tetapi pada skala yang jauh lebih besar yang diperkirakan disebabkan oleh bagian jet berbeda yang bergerak dengan kecepatan berbeda dan saling bergesekan,” tambah Andrei Lobanov, ilmuwan MPIfR lainnya di bidang tersebut. tim peneliti. . “Dengan penelitian ini, kita memasuki wilayah yang benar-benar baru di mana filamen ini sebenarnya dapat dikaitkan dengan proses yang lebih kompleks di sekitar lubang hitam yang menghasilkan jet.”

Studi tentang aliran internal di 3C279, yang kini muncul di edisi terbaru Nature Astronomy, memperluas pencarian yang sedang berlangsung untuk lebih memahami peran medan magnet dalam pembentukan awal aliran keluar relativistik dari inti galaksi aktif. Hal ini menekankan banyaknya tantangan yang tersisa untuk pemodelan teoritis saat ini dari proses-proses ini dan menunjukkan perlunya perbaikan lebih lanjut pada instrumen dan teknik astronomi radio yang memberikan peluang unik untuk mencitrakan objek kosmik jauh pada resolusi sudut standar.

Kemajuan teknologi dan kerjasama

Menggunakan teknik khusus yang disebut Very Long Baseline Interferometry (VLBI), teleskop virtual dengan diameter efektif sama dengan jarak maksimum antara antena yang terlibat dalam pengamatan dibuat dengan menggabungkan dan mengkorelasikan data dari berbagai observatorium radio. Ilmuwan proyek RadioAstron Yuri Kovalev, sekarang di MPIfR, menekankan pentingnya kerja sama kesehatan internasional untuk mencapai hasil tersebut: “Observatorium dari dua belas negara telah disinkronkan dengan antena luar angkasa menggunakan jam hidrogen, membentuk teleskop virtual seukuran jarak ke Bumi. ” bulan.”

“Eksperimen dengan RADIOASTRON yang menghasilkan gambar quasar 3C279 seperti ini adalah pencapaian luar biasa yang dimungkinkan melalui kolaborasi ilmiah observatorium internasional,” kata Anton Zinsos, direktur MPIfR dan salah satu pendorong di balik misi RadioAstron selama dua dekade terakhir. Dan para ilmuwan di banyak negara. Misi ini memerlukan perencanaan bersama selama beberapa dekade sebelum satelit diluncurkan. Pengambilan gambar sebenarnya dimungkinkan dengan menghubungkan teleskop besar di darat seperti Eifelsberg dan melalui analisis data yang cermat di pusat tautan VLBI kami di Bonn.

Referensi: “Struktur neamatik sebagai asal mula anisotropi radio jet” oleh Antonio Fuentes, Jose L. Gomez, Jose M. Marti, Manel Perocho, Guang Yao Zhao, Rocco Lecco, Andre B. Lobanov, Gabriele Bruni, Yuri Y. Kovalev, Andrew Chell, Kazunori Akiyama, Katherine Bowman, He Sun, Ilji Zhu, Eftalia Traiano, Teresa Toscano, Rohan Dahalli, Marianna Fushi, Leonid I. Gurvits, Svetlana Jorstad, Jae-Young Kim, Alan B. Marcher, Yusuke. Mizuno, Eduardo Ros, dan Tuomas Savolainen, 26 Oktober 2023, Astronomi alam.
doi: 10.1038/s41550-023-02105-7

Informasi lebih lanjut

Misi interferometer radio bumi-ke-angkasa, yang aktif mulai Juli 2011 hingga Mei 2019, terdiri dari teleskop radio yang mengorbit 10 meter (Spektr-R) dan serangkaian sekitar dua lusin teleskop radio berbasis darat terbesar di dunia, termasuk teleskop radio Effelsberg 100 meter. Ketika sinyal masing-masing teleskop digabungkan menggunakan interferometri gelombang radio, kelompok teleskop ini menghasilkan resolusi sudut maksimum yang setara dengan teleskop radio berdiameter 350.000 kilometer – kira-kira sama dengan jarak antara Bumi dan Bulan. Hal ini menjadikan RadioAstron instrumen resolusi sudut tertinggi dalam sejarah astronomi. Proyek RadioAstron dipimpin oleh Pusat Astronomi Luar Angkasa dari Institut Fisika Lebedev dari Akademi Ilmu Pengetahuan Rusia dan Masyarakat Ilmiah Lavochkin dan diproduksi berdasarkan kontrak dengan perusahaan luar angkasa negara ROSCOSMOS, bekerja sama dengan organisasi mitra di Rusia dan negara lain. Data astronomi untuk misi ini sedang dianalisis oleh masing-masing ilmuwan di seluruh dunia, sehingga menghasilkan hasil seperti yang ditunjukkan di sini.

Kolaborator berikut pada karya yang dikirimkan adalah milik MPIfR, berdasarkan urutan kemunculannya dalam daftar penulis: Guang-Yao Zhao, Andrei P. Lobanov, Yuri Y. Kovalev, Efthalia (Thalia) Traianou, Jae-Young Kim, Eduardo Ros, dan Tuomas Savolainen. Kolaborator Rocco Lecco dan Gabriele Bruni juga berafiliasi dengan MPIfR selama periode misi RadioAstron.

Yuri Y. Kovalev mengakui Penghargaan Penelitian Friedrich Wilhelm Bessel dari Yayasan Alexander von Humboldt.