ALMA e l'array Global mm-VLBI si alleano e forniscono i primi risultati scientifici
Includendo la potente ALMA in una serie di telescopi per la prima volta, gli astronomi hanno scoperto che l'emissione dal buco nero supermassiccio Sagittario A * (Sgr A *) al centro della nostra galassia proviene da una regione più piccola di quanto si pensasse. Ciò potrebbe indicare che un getto radio di Sgr A * è puntato quasi direttamente verso la Terra.
Il lavoro, eseguito da un team internazionale con la partecipazione del Max Planck Institute per Radio Astronomy, è pubblicato su Astrophysical Journal.
Il lavoro, eseguito da un team internazionale con la partecipazione del Max Planck Institute per Radio Astronomy, è pubblicato su Astrophysical Journal.
Finora, una nebbia di gas caldo nebulosa ha impedito agli astronomi di fare immagini nitide del buco nero supermassiccio Sgr A * e di provocare dubbi sulla sua vera natura. Ora hanno incluso per la prima volta il potente telescopio ALMA nel nord del Cile in una rete globale di radiotelescopi per sbirciare attraverso questa nebbia, ma la fonte continua a sorprenderli: la sua regione di emissione è così piccola che la sorgente potrebbe dover puntare direttamente in direzione della Terra.
Osservando ad una frequenza di 86 GHz con la tecnica di Very Long Baseline Interferometry (VLBI), che combina molti telescopi per formare un telescopio virtuale delle dimensioni della Terra, il team è riuscito a mappare le proprietà esatte della dispersione della luce bloccando la nostra vista di Sgr A *. La rimozione della maggior parte degli effetti di dispersione ha prodotto una prima immagine dei dintorni del buco nero.
L'alta qualità dell'immagine non ingrandita ha permesso al team di limitare i modelli teorici del gas attorno a Sgr A *. La maggior parte delle emissioni radio proviene da soli 300 millioni di grado e la sorgente ha una morfologia simmetrica. "Questo potrebbe indicare che l'emissione radio viene prodotta in un disco di gas in fiamme piuttosto che da un getto radio", spiega Sara Issaoun, studentessa universitaria presso la Radboud University Nijmegen nei Paesi Bassi, che guida il lavoro e ha testato diversi modelli di computer contro i dati. "Tuttavia, ciò renderebbe Sgr A * un'eccezione rispetto ad altre radio che emettono buchi neri. L'alternativa potrebbe essere che il getto radio sta puntando quasi contro di noi ".
L'astronomo tedesco Heino Falcke, professore di Radioastronomia all'Università di Radboud e supervisore al dottorato di Issaoun, definisce questa affermazione molto insolita, ma non lo esclude più. L'anno scorso, Falcke avrebbe considerato questo un modello inventato, ma recentemente il team di GRAVITY arrivò a una conclusione simile usando l'Interferometro Very Large Telescope dell'ESO di telescopi ottici e una tecnica indipendente. "Forse questo è vero dopotutto", conclude Falcke, "e stiamo guardando questa bestia da un punto di osservazione molto speciale."
I buchi neri supermassicci sono comuni nei centri delle galassie e possono generare i fenomeni più energetici nell'universo conosciuto. Si ritiene che, intorno a questi buchi neri, la materia cada in un disco rotante e parte di questa materia viene espulsa in direzioni opposte lungo due raggi stretti, chiamati getti, a velocità prossime alla velocità della luce, che tipicamente produce molta radio luce. "Se l'emissione radio vista da SgrA * proviene da una struttura simmetrica sottostante, o è intrinsecamente asimmetrica, è una questione di intensa discussione", spiega Thomas Krichbaum, membro del team.
Sgr A * è il buco nero supermassiccio più vicino e "pesa" circa 4 milioni di masse solari. La sua dimensione apparente sul cielo è inferiore a 100 milioni di gradi, che corrisponde alle dimensioni di una pallina da tennis sulla luna vista dalla Terra. Per misurare questo, è necessaria la tecnica di VLBI. La risoluzione ottenuta con VLBI è ulteriormente aumentata dalla frequenza di osservazione. La frequenza più alta fino ad oggi per VLBI è di 230 GHz. "Le prime osservazioni di Sgr A * a 86 GHz risalgono a 26 anni fa, guidate da Thomas Krichbaum nel nostro Istituto, con solo una manciata di telescopi. Nel corso degli anni, la qualità dei dati e le capacità di imaging sono migliorate costantemente con l'arrivo di più telescopi ", afferma J. Anton Zensus, direttore dell'Istituto Max Planck per l'astronomia radio e capo della divisione Radio Astronomy / VLBI.
Le scoperte di Issaoun e del suo team internazionale, inclusi scienziati di due dipartimenti di ricerca (Kramer & Zensus) a MPIfR descrivono le prime osservazioni a 86 GHz in cui anche ALMA ha partecipato, di gran lunga il telescopio più sensibile a questa frequenza. ALMA è entrata a far parte del Global Millimeter VLBI Array (GMVA), gestito dall'Istituto Max Planck per l'astronomia radio, nell'aprile 2017. La partecipazione di ALMA, resa possibile dallo sforzo del progetto ALMA Phasing, è stata decisiva per il successo di questo progetto.
La partecipazione di ALMA in mm-VLBI è importante a causa della sua sensibilità e della sua posizione nell'emisfero australe. Oltre ad ALMA, hanno partecipato alla rete anche dodici radiotelescopi nel Nord America e in Europa. La risoluzione raggiunta era doppia rispetto alle precedenti osservazioni a questa frequenza e produceva la prima immagine di Sgr A * che è considerevolmente ridotta nella diffusione interstellare (un effetto causato da irregolarità di densità nel materiale ionizzato lungo la linea di vista tra Sgr A * e la Terra)
Per rimuovere la dispersione e ottenere l'immagine, il team ha utilizzato una tecnica sviluppata da Michael Johnson del Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA). "Anche se la diffusione di sfocatura e distorce l'immagine di Sgr A *, l'incredibile risoluzione di queste osservazioni ci ha permesso di definire le proprietà esatte dello scattering", afferma Johnson. "Potremmo quindi rimuovere la maggior parte degli effetti dalla dispersione e iniziare a vedi come appaiono le cose vicino al buco nero: la grande notizia è che queste osservazioni mostrano che la dispersione non impedirà al telescopio Horizon di vedere un'ombra di un buco nero a 230 GHz, se ce n'è uno da vedere. "
Studi futuri a diverse lunghezze d'onda forniranno informazioni complementari e ulteriori vincoli osservativi per questa fonte, che contiene la chiave per una migliore comprensione dei buchi neri, gli oggetti più esotici dell'universo conosciuto.
Osservando ad una frequenza di 86 GHz con la tecnica di Very Long Baseline Interferometry (VLBI), che combina molti telescopi per formare un telescopio virtuale delle dimensioni della Terra, il team è riuscito a mappare le proprietà esatte della dispersione della luce bloccando la nostra vista di Sgr A *. La rimozione della maggior parte degli effetti di dispersione ha prodotto una prima immagine dei dintorni del buco nero.
L'alta qualità dell'immagine non ingrandita ha permesso al team di limitare i modelli teorici del gas attorno a Sgr A *. La maggior parte delle emissioni radio proviene da soli 300 millioni di grado e la sorgente ha una morfologia simmetrica. "Questo potrebbe indicare che l'emissione radio viene prodotta in un disco di gas in fiamme piuttosto che da un getto radio", spiega Sara Issaoun, studentessa universitaria presso la Radboud University Nijmegen nei Paesi Bassi, che guida il lavoro e ha testato diversi modelli di computer contro i dati. "Tuttavia, ciò renderebbe Sgr A * un'eccezione rispetto ad altre radio che emettono buchi neri. L'alternativa potrebbe essere che il getto radio sta puntando quasi contro di noi ".
L'astronomo tedesco Heino Falcke, professore di Radioastronomia all'Università di Radboud e supervisore al dottorato di Issaoun, definisce questa affermazione molto insolita, ma non lo esclude più. L'anno scorso, Falcke avrebbe considerato questo un modello inventato, ma recentemente il team di GRAVITY arrivò a una conclusione simile usando l'Interferometro Very Large Telescope dell'ESO di telescopi ottici e una tecnica indipendente. "Forse questo è vero dopotutto", conclude Falcke, "e stiamo guardando questa bestia da un punto di osservazione molto speciale."
I buchi neri supermassicci sono comuni nei centri delle galassie e possono generare i fenomeni più energetici nell'universo conosciuto. Si ritiene che, intorno a questi buchi neri, la materia cada in un disco rotante e parte di questa materia viene espulsa in direzioni opposte lungo due raggi stretti, chiamati getti, a velocità prossime alla velocità della luce, che tipicamente produce molta radio luce. "Se l'emissione radio vista da SgrA * proviene da una struttura simmetrica sottostante, o è intrinsecamente asimmetrica, è una questione di intensa discussione", spiega Thomas Krichbaum, membro del team.
Sgr A * è il buco nero supermassiccio più vicino e "pesa" circa 4 milioni di masse solari. La sua dimensione apparente sul cielo è inferiore a 100 milioni di gradi, che corrisponde alle dimensioni di una pallina da tennis sulla luna vista dalla Terra. Per misurare questo, è necessaria la tecnica di VLBI. La risoluzione ottenuta con VLBI è ulteriormente aumentata dalla frequenza di osservazione. La frequenza più alta fino ad oggi per VLBI è di 230 GHz. "Le prime osservazioni di Sgr A * a 86 GHz risalgono a 26 anni fa, guidate da Thomas Krichbaum nel nostro Istituto, con solo una manciata di telescopi. Nel corso degli anni, la qualità dei dati e le capacità di imaging sono migliorate costantemente con l'arrivo di più telescopi ", afferma J. Anton Zensus, direttore dell'Istituto Max Planck per l'astronomia radio e capo della divisione Radio Astronomy / VLBI.
Le scoperte di Issaoun e del suo team internazionale, inclusi scienziati di due dipartimenti di ricerca (Kramer & Zensus) a MPIfR descrivono le prime osservazioni a 86 GHz in cui anche ALMA ha partecipato, di gran lunga il telescopio più sensibile a questa frequenza. ALMA è entrata a far parte del Global Millimeter VLBI Array (GMVA), gestito dall'Istituto Max Planck per l'astronomia radio, nell'aprile 2017. La partecipazione di ALMA, resa possibile dallo sforzo del progetto ALMA Phasing, è stata decisiva per il successo di questo progetto.
La partecipazione di ALMA in mm-VLBI è importante a causa della sua sensibilità e della sua posizione nell'emisfero australe. Oltre ad ALMA, hanno partecipato alla rete anche dodici radiotelescopi nel Nord America e in Europa. La risoluzione raggiunta era doppia rispetto alle precedenti osservazioni a questa frequenza e produceva la prima immagine di Sgr A * che è considerevolmente ridotta nella diffusione interstellare (un effetto causato da irregolarità di densità nel materiale ionizzato lungo la linea di vista tra Sgr A * e la Terra)
Per rimuovere la dispersione e ottenere l'immagine, il team ha utilizzato una tecnica sviluppata da Michael Johnson del Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA). "Anche se la diffusione di sfocatura e distorce l'immagine di Sgr A *, l'incredibile risoluzione di queste osservazioni ci ha permesso di definire le proprietà esatte dello scattering", afferma Johnson. "Potremmo quindi rimuovere la maggior parte degli effetti dalla dispersione e iniziare a vedi come appaiono le cose vicino al buco nero: la grande notizia è che queste osservazioni mostrano che la dispersione non impedirà al telescopio Horizon di vedere un'ombra di un buco nero a 230 GHz, se ce n'è uno da vedere. "
Studi futuri a diverse lunghezze d'onda forniranno informazioni complementari e ulteriori vincoli osservativi per questa fonte, che contiene la chiave per una migliore comprensione dei buchi neri, gli oggetti più esotici dell'universo conosciuto.
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I dati sono stati correlati al Max Planck Institute per Radio Astronomy (MPIfR), che gestisce anche la Global Millimeter-VLBI Array (GMVA). Il software di analisi dei dati è stato sviluppato al MIT Haystack Observatory e allo Smithsonian Astrophysical Observatory.
Diversi membri del team hanno lavorato a questo progetto come parte del team BlackHoleCam (BHC) finanziato dal Consiglio europeo della ricerca.
Il gruppo di ricerca fa anche parte del consorzio Event Horizon Telescope (EHT), una partnership internazionale di tredici istituti di dieci paesi: Germania, Paesi Bassi, Francia e Spagna (via IRAM), Stati Uniti, Messico, Giappone, Taiwan, Canada e Cina (via EAO).
La partecipazione dell'Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA) attraverso il progetto ALMA Phasing è stata decisiva per il successo di questo progetto.
Il GMVA è parzialmente supportato dal programma di ricerca e innovazione Horizon 2020 dell'Unione Europea nell'ambito dell'accordo di finanziamento n. 730562.
Il gruppo di ricerca comprende S. Issaoun, MD Johnson, L. Blackburn, CD Brinkerink, M. Mościbrodzka, A. Chael, C. Goddi, I. Martí-Vidal, J. Wagner, SS Doeleman, H. Falcke, TP Krichbaum, K. Akiyama, U. Bach, KL Bouman, GC Bower, A. Broderick, I. Cho, G. Crew, J. Dexter, V. Fish, R. Gold, JL Gómez, K. Hada, A. Hernández-Gómez, M. Janßen, M. Kino, M. Kramer, L. Loinard, R.-S. Lu, S. Markoff, DP Marrone, LD Matthews, JM Moran, C. Müller, F. Roelofs, E. Ros, H. Rottmann, S. Sánchez, RPJ Tilanus, P. de Vicente, M. Wielgus, JA Zensus, e G.-Y. Zhao. I coautori MPIfR sono Jan Wagner, Thomas Krichbaum, Uwe Bach, Michael Kramer, Eduardo Ros e Anton Zensus.
Diversi membri del team hanno lavorato a questo progetto come parte del team BlackHoleCam (BHC) finanziato dal Consiglio europeo della ricerca.
Il gruppo di ricerca fa anche parte del consorzio Event Horizon Telescope (EHT), una partnership internazionale di tredici istituti di dieci paesi: Germania, Paesi Bassi, Francia e Spagna (via IRAM), Stati Uniti, Messico, Giappone, Taiwan, Canada e Cina (via EAO).
La partecipazione dell'Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA) attraverso il progetto ALMA Phasing è stata decisiva per il successo di questo progetto.
Il GMVA è parzialmente supportato dal programma di ricerca e innovazione Horizon 2020 dell'Unione Europea nell'ambito dell'accordo di finanziamento n. 730562.
Il gruppo di ricerca comprende S. Issaoun, MD Johnson, L. Blackburn, CD Brinkerink, M. Mościbrodzka, A. Chael, C. Goddi, I. Martí-Vidal, J. Wagner, SS Doeleman, H. Falcke, TP Krichbaum, K. Akiyama, U. Bach, KL Bouman, GC Bower, A. Broderick, I. Cho, G. Crew, J. Dexter, V. Fish, R. Gold, JL Gómez, K. Hada, A. Hernández-Gómez, M. Janßen, M. Kino, M. Kramer, L. Loinard, R.-S. Lu, S. Markoff, DP Marrone, LD Matthews, JM Moran, C. Müller, F. Roelofs, E. Ros, H. Rottmann, S. Sánchez, RPJ Tilanus, P. de Vicente, M. Wielgus, JA Zensus, e G.-Y. Zhao. I coautori MPIfR sono Jan Wagner, Thomas Krichbaum, Uwe Bach, Michael Kramer, Eduardo Ros e Anton Zensus.
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