انتشار نادر و قدرتمند تابش گاما توسط M87

این تصویر، تابش قرص تجمعی اطراف سیاه‌چاله ابرپرجرم (SMBH) واقع در مرکز کهکشان M87 را نشان می‌داد. این کهکشان در فاصله ۵۴ میلیون سال نوری از زمین قرار دارد. به دلیل ظاهر خاص، این قرص که متشکل از گاز، غبار و فوتون‌هاست و فراتر از افق رویداد این سیاه‌چاله قرار دارد، به «حلقه آتش» تشبیه شد. از آن زمان، EHT چندین سیاه‌چاله ابرپرجرم دیگر، از جمله قوس A در مرکز کهکشان راه شیری را تصویربرداری کرده است.

علاوه بر این، EHT جزئیات بیشتری از M87 را آشکار کرده است، مانند اولین تصویر از حلقه فوتون و تصویری که سیاه‌چاله ابرپرجرم و جت نسبیتی آن را که از مرکز آن منتشر می‌شود، ترکیب می‌کند. اخیراً، EHT نتایج آخرین کمپین مشاهداتی خود را منتشر کرده است. این مشاهدات فورانی چشمگیر را از جت نسبیتی قدرتمند M87 نشان دادند. این فوران مقدار عظیمی از انرژی را در طول‌موج‌های مختلف آزاد کرد، از جمله اولین انفجار تابش گاما با انرژی بالا که در بیش از یک دهه گذشته مشاهده شده است.

EHT یک همکاری بین‌المللی از پژوهشگران سیزده دانشگاه و موسسه از سراسر جهان است که داده‌های بیش از ۲۵ تلسکوپ زمینی و فضایی را ترکیب می‌کند. این پژوهش که اخیراً در مجله Astronomy & Astrophysics منتشر شده، توسط همکاری تلسکوپ افق رویداد، گروه علمی چندطول‌موجی EHT، همکاری تلسکوپ بزرگ منطقه‌ای فرمی (Fermi-LAT)، همکاری H.E.S.S.، همکاری MAGIC، همکاری VERITAS، و همکاری EAVN انجام شده است.

این مطالعه داده‌های دومین کمپین مشاهداتی EHT درفروردین ۱۳۹۷ را ارائه می‌دهد که طی آن، طیف‌هایی تقریباً هم‌زمان از این کهکشان با گسترده‌ترین پوشش طول‌موج تا به حال جمع‌آوری شد. جیاکومو پرینسیپه، هماهنگ‌کننده مقاله و پژوهشگر دانشگاه تریسته، که با موسسات INAF و INFN همکاری دارد، در بیانیه مطبوعاتی اخیر EHT توضیح داد:

«ما خوش‌شانس بودیم که طی این کمپین چندطول‌موجی EHT فورانی از تابش گاما را از M87 مشاهده کردیم. این اولین رویداد فوران گاما در این منبع در بیش از یک دهه گذشته است که به ما امکان داد منطقه مسئول تابش گاما مشاهده‌شده را دقیقاً محدود کنیم. مشاهدات اخیر با آرایه حساس‌تر EHT و برنامه‌ریزی برای سال‌های آینده، بینش‌های ارزشمندی فراهم خواهد کرد و فرصت‌های فوق‌العاده‌ای برای مطالعه فیزیک اطراف سیاه‌چاله ابرپرجرم M87 ایجاد خواهد کرد. این تلاش‌ها به بررسی ارتباط بین قرص و جت و کشف منشأ و مکانیسم‌های تابش فوتون‌های گاما کمک خواهند کرد.»

کمپین دوم EHT و چندطول‌موجی از داده‌های بیش از دو دوجین مرکز مشاهداتی برجسته، از جمله تلسکوپ فضایی گامای فرمی-LAT، تلسکوپ فضایی هابل (HST)، آرایه تلسکوپ طیف‌نگاری هسته‌ای (NuSTAR)، رصدخانه پرتوی ایکس چاندرا، و تلسکوپ نیل گرلز سوئیفت استفاده کرد. این داده‌ها با داده‌های سه بزرگ‌ترین آرایه تلسکوپ‌های چرنکوف تصویربرداری جوی جهان – سیستم استریوسکوپی انرژی بالا (H.E.S.S.)، MAGIC، و VERITAS ترکیب شدند.

در طول این کمپین، تلسکوپ فضایی فرمی با استفاده از ابزار LAT خود افزایش تابش گاما با انرژی بالا را شناسایی کرد. چاندرا و NuSTAR داده‌های باکیفیتی در باند پرتوی ایکس جمع‌آوری کردند، در حالی که آرایه طول‌پایه بسیار بلند (VLBA) و شبکه VLBI آسیای شرقی (EAVN) داده‌هایی در فرکانس‌های رادیویی به دست آوردند. فورانی که این مشاهدات آشکار کردند، حدود سه روز طول کشید و ناحیه‌ای به اندازه تقریباً سه روز نوری را اشغال کرد، یعنی حدود ۱۷۰ برابر فاصله خورشید تا زمین (~۱۷۰ AU).

این فوران انرژی‌هایی بسیار بالاتر از آنچه معمولاً اطراف سیاه‌چاله‌ها مشاهده می‌شود، تولید کرد و تغییرات قابل توجهی در زاویه موقعیت تقارن افق رویداد سیاه‌چاله و موقعیت آن نشان داد. به گفته داریل هاگارد، استاد دانشگاه مک‌گیل و هماهنگ‌کننده گروه کاری چندطول‌موجی EHT، این یافته نشان‌دهنده رابطه فیزیکی بین این ساختارها در مقیاس‌های بسیار متفاوت است:

«در اولین تصویر به‌دست‌آمده از کمپین مشاهداتی ۱۳۹۷، مشاهده کردیم که تابش در امتداد حلقه همگن نیست، بلکه تقارن‌های خاصی (مثلاً نواحی روشن‌تر) دارد. مشاهدات بعدی انجام‌شده در ۱۳۹۷ و مرتبط با این مقاله این یافته را تأیید کردند و نشان دادند که زاویه موقعیت این تقارن‌ها تغییر کرده است.»

پروفسور سرا مارکوف از دانشگاه آمستردام و هماهنگ‌کننده دیگر گروه کاری چندطول‌موجی EHT افزود: «چگونگی و مکان شتاب ذرات در جت‌های سیاه‌چاله‌های ابرپرجرم یکی از معماهای دیرینه است. برای اولین بار، می‌توانیم تصویربرداری مستقیم از مناطق نزدیک افق رویداد را طی فوران‌های تابش گاما که ناشی از رویدادهای شتاب ذرات است ترکیب کنیم و نظریه‌های مرتبط با منشأ این فوران‌ها را آزمایش کنیم.»

این کشف می‌تواند فرصت‌هایی برای پژوهش‌های آینده ایجاد کند و به پیشرفت درک ما از جهان منجر شود.