When surrounded by a transparent emission region, black holes are expected to reveal a dark shadow caused by gravitational light bending and photon capture at the event horizon. To image and study this phenomenon, we have assembled the Event Horizon Telescope, a global very long baseline interferometry array observing at a wavelength of 1.3 mm. This allows us to reconstruct event-horizon-scale images of the supermassive black hole candidate in the center of the giant elliptical galaxy M87. We have resolved the central compact radio source as an asymmetric bright emission ring with a diameter of 42+/-3 micro-as, which is circular and encompasses a central depression in brightness with a flux ratio ~10:1. The emission ring is recovered using different calibration and imaging schemes, with its diameter and width remaining stable over four different observations carried out in different days. Overall, the observed image is consistent with expectations for the shadow of a Kerr black hole as predicted by general relativity. The asymmetry in brightness in the ring can be explained in terms of relativistic beaming of the emission from a plasma rotating close to the speed of light around a black hole. We compare our images to an extensive library of ray-traced general-relativistic magnetohydrodynamic simulations of black holes and derive a central mass of M = (6.5+/-0.7) x 10^9 Msun. Our radio-wave observations thus provide powerful evidence for the presence of supermassive black holes in centers of galaxies and as the central engines of active galactic nuclei. They also present a new tool to explore gravity in its most extreme limit and on a mass scale that was so far not accessible.

The 2017 Event Horizon Telescope (EHT) observations of the central source in M87 have led to the first measurement of the size of a black-hole shadow. This observation offers a new and clean gravitational test of the black-hole metric in the strong-field regime. We show analytically that spacetimes that deviate from the Kerr metric but satisfy weak-field tests can lead to large deviations in the predicted black-hole shadows that are inconsistent with even the current EHT measurements. We use numerical calculations of regular, parametric, non-Kerr metrics to identify the common characteristic among these different parametrizations that control the predicted shadow size. We show that the shadow-size measurements place significant constraints on deviation parameters that control the second post-Newtonian and higher orders of each metric and are, therefore, inaccessible to weak-field tests. The new constraints are complementary to those imposed by observations of gravitational waves from stellar-mass sources.

We present BISTRO Survey 850 μm dust emission polarisation observations of the L1495A-B10 region of the Taurus molecular cloud, taken at the JCMT. We observe a roughly triangular network of dense filaments. We detect 9 of the dense starless cores embedded within these filaments in polarisation, finding that the plane-of-sky orientation of the core-scale magnetic field lies roughly perpendicular to the filaments in almost all cases. We also find that the large-scale magnetic field orientation measured by Planck is not correlated with any of the core or filament structures, except in the case of the lowest-density core. We propose a scenario for early prestellar evolution that is both an extension to, and consistent with, previous models, introducing an additional evolutionary transitional stage between field-dominated and matter-dominated evolution, observed here for the first time. In this scenario, the cloud collapses first to a sheet-like structure. Uniquely, we appear to be seeing this sheet almost face-on. The sheet fragments into filaments, which in turn form cores. However, the material must reach a certain critical density before the evolution changes from being field-dominated to being matter-dominated. We measure the sheet surface density and the magnetic field strength at that transition for the first time and show consistency with an analytical prediction that had previously gone untested for over 50 years (Mestel 1965).

Abstract We present 850 μ m polarization observations of the IC 348 star-forming region in the Perseus molecular cloud as part of the B-fields In STar-forming Region Observation survey. We study the magnetic properties of two cores (HH 211 MMS and IC 348 MMS) and a filamentary structure of IC 348. We find that the overall field tends to be more perpendicular than parallel to the filamentary structure of the region. The polarization fraction decreases with intensity, and we estimate the trend by power law and the mean of the Rice distribution fittings. The power indices for the cores are much smaller than 1, indicative of possible grain growth to micron size in the cores. We also measure the magnetic field strengths of the two cores and the filamentary area separately by applying the Davis–Chandrasekhar–Fermi method and its alternative version for compressed medium. The estimated mass-to-flux ratios are 0.45–2.20 and 0.63–2.76 for HH 211 MMS and IC 348 MMS, respectively, while the ratios for the filament are 0.33–1.50. This result may suggest that the transition from subcritical to supercritical conditions occurs at the core scale (∼0.05 pc) in the region. In addition, we study the energy balance of the cores and find that the relative strength of turbulence to the magnetic field tends to be stronger for IC 348 MMS than for HH 211 MMS. The result could potentially explain the different configurations inside the two cores: a single protostellar system in HH 211 MMS and multiple protostars in IC 348 MMS.

Abstract The contribution of the magnetic field to the formation of high-mass stars is poorly understood. We report the high angular resolution (∼0.″3, 870 au) map of the magnetic field projected on the plane of the sky ( B POS ) toward the high-mass star-forming region G333.46−0.16 (G333), obtained with the Atacama Large Millimeter/submillimeter Array at 1.2 mm as part of the Magnetic fields in Massive star-forming Regions survey. The B POS morphology found in this region is consistent with a canonical “hourglass” with an embedded flattened envelope in a perpendicular direction, which suggests a dynamically important field. This region is fragmented into two protostars that appear to be gravitationally bound in a stable binary system with a separation of ∼1740 au. Interestingly, by analyzing H 13 CO + ( J = 3–2) line emission, we find no velocity gradient over the extent of the continuum, which is consistent with a strong field. We model the B POS , obtaining a marginally supercritical mass-to-flux ratio of 1.43, suggesting an initially strongly magnetized environment. Based on the Davis–Chandrasekhar–Fermi method, the magnetic field strength toward G333 is estimated to be 5.7 mG. The absence of strong rotation and outflows toward the central region of G333 suggests strong magnetic braking, consistent with a highly magnetized environment. Our study shows that despite being a strong regulator, the magnetic energy fails to prevent the process of fragmentation, as revealed by the formation of the two protostars in the central region.

We present 850 $\mu$m polarization observations of the IC 348 star-forming region in the Perseus molecular cloud as part of the B-fields In STar-forming Region Observation (BISTRO) survey. We study the magnetic properties of two cores (HH 211 MMS and IC 348 MMS) and a filamentary structure of IC 348. We find that the overall field tends to be more perpendicular than parallel to the filamentary structure of the region. The polarization fraction decreases with intensity, and we estimate the trend by power-law and the mean of the Rice distribution fittings. The power indices for the cores are much smaller than 1, indicative of possible grain growth to micron size in the cores. We also measure the magnetic field strengths of the two cores and the filamentary area separately by applying the Davis-Chandrasekhar-Fermi method and its alternative version for compressed medium. The estimated mass-to-flux ratios are 0.45-2.20 and 0.63-2.76 for HH 211 MMS and IC 348 MMS, respectively, while the ratios for the filament is 0.33-1.50. This result may suggest that the transition from subcritical to supercritical conditions occurs at the core scale ($\sim$ 0.05 pc) in the region. In addition, we study the energy balance of the cores and find that the relative strength of turbulence to the magnetic field tends to be stronger for IC 348 MMS than HH 211 MMS. The result could potentially explain the different configurations inside the two cores: a single protostellar system in HH 211 MMS and multiple protostars in IC 348 MMS.