Orbital Polarimetric Tomography of a Flare Near the Sagittarius A* Supermassive Black Hole

要約

天の川銀河の中心にある超大質量ブラックホール、いて座A$^*$とその降着円盤との間の相互作用は、時折、X線、赤外線、電波で見られる高エネルギーフレアを生成します。
観測されたフレアのメカニズムの 1 つは、降着円盤内および事象の地平線近くに現れるコンパクトな明るい領域の形成です。
これらのフレアを理解することで、ブラック ホールの降着プロセスを知ることができます。
高度なシミュレーションによってこれらのフレアの形成が予測されていますが、その構造は観測によってまだ解明されていません。
ここでは、2017 年 4 月 11 日に観測されたアルマ望遠鏡の光度曲線から回収された、軌道上の発光フレアの最初の 3 次元 (3D) 再構成を示します。私たちの回収結果は、事象の地平線の約 6 倍の距離にあるコンパクトな明るい領域を示しています。
さらに、我々の回収は低傾斜軌道面内で時計回りに回転していることを示唆しており、この結果はEHTとGRAVITYの共同研究による以前の研究と一致している。
この放出構造を回復するために、ニューラル 3D 表現 (3D 再構成のための創発的人工知能アプローチ) をブラック ホールの重力モデルと統合することにより、高度に不良位置のトモグラフィーの問題を解決します。
復元された 3D 構造はモデルの仮定の影響を受けやすく、場合によっては敏感ですが、物理的に動機付けられた選択の下では、結果が安定しており、シミュレーション データでのアプローチが成功していることがわかります。
将来的には、このアプローチを使用して、ブラック ホールとプラズマのダイナミクスを支配するメカニズムを解明できる、より豊富な時系列データのコレクションを分析できる可能性があると予想しています。

要約(オリジナル)

The interaction between the supermassive black hole at the center of the Milky Way, Sagittarius A$^*$, and its accretion disk, occasionally produces high energy flares seen in X-ray, infrared and radio. One mechanism for observed flares is the formation of compact bright regions that appear within the accretion disk and close to the event horizon. Understanding these flares can provide a window into black hole accretion processes. Although sophisticated simulations predict the formation of these flares, their structure has yet to be recovered by observations. Here we show the first three-dimensional (3D) reconstruction of an emission flare in orbit recovered from ALMA light curves observed on April 11, 2017. Our recovery results show compact bright regions at a distance of roughly 6 times the event horizon. Moreover, our recovery suggests a clockwise rotation in a low-inclination orbital plane, a result consistent with prior studies by EHT and GRAVITY collaborations. To recover this emission structure we solve a highly ill-posed tomography problem by integrating a neural 3D representation (an emergent artificial intelligence approach for 3D reconstruction) with a gravitational model for black holes. Although the recovered 3D structure is subject, and sometimes sensitive, to the model assumptions, under physically motivated choices we find that our results are stable and our approach is successful on simulated data. We anticipate that in the future, this approach could be used to analyze a richer collection of time-series data that could shed light on the mechanisms governing black hole and plasma dynamics.

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