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 have investigated a frequency-dependent shift in the absolute position of the optically thick apparent origin of parsec-scale jets ("core shift" effect) to probe physical conditions in ultra-compact relativistic outflows in AGN. We used multi-frequency Very Long Baseline Array (VLBA) observations of 191 sources carried out in 12 epochs in 2006 within the MOJAVE program. The observations were performed at 8.1, 8.4, 12.1, and 15.4 GHz. We implemented a method of determining the core shift vector based on (i) image registration by two-dimensional normalized cross-correlation and (ii) model-fitting the source brightness distribution to take into account a non-zero core component offset from the phase center. The 15.4-8.1, 15.4-8.4, and 15.4-12.1 GHz core shift vectors are derived for 163 sources, and have median values of 0.128, 0.125, and 0.088 mas, respectively, compared to the typical measured errors of 0.050, 0.051, 0.035 mas. The effect occurs predominantly along the jet direction, with departures smaller than 45 deg from the median jet position angle in over 80% of the cases. Despite the moderate ratio of the observed frequencies (<2), core shifts significantly different from zero (>2sigma) are detected for about 55% of the sources. These shifts are even better aligned with the jet direction, deviating from the latter by less than 30 deg in over 90% of the cases. There is an indication that the core shift decreases with increasing redshift. Magnetic fields in the jet at a distance of 1 parsec from the central black hole, calculated from the obtained core shifts, are found to be systematically stronger in quasars (median B1~0.9 G) than those in BL Lacs (median B1~0.4 G). We also constrained the absolute distance of the core from the apex of the jet at 15 GHz as well as the magnetic field strength in the 15 GHz core region.

Very long baseline interferometry (VLBI) imaging of radio emission from extragalactic jets provides a unique probe of physical mechanisms governing the launching, acceleration, and collimation of relativistic outflows. The two-dimensional structure and kinematics of the jet in M\,87 (NGC\,4486) have been studied by applying the Wavelet-based Image Segmentation and Evaluation (WISE) method to 11 images obtained from multi-epoch Very Long Baseline Array (VLBA) observations made in January-August 2007 at 43 GHz ($\lambda = 7$ mm). The WISE analysis recovers a detailed two-dimensional velocity field in the jet in M\,87 at sub-parsec scales. The observed evolution of the flow velocity with distance from the jet base can be explained in the framework of MHD jet acceleration and Poynting flux conversion. A linear acceleration regime is observed up to $z_{obs} \sim 2$\,mas. The acceleration is reduced at larger scales, which is consistent with saturation of Poynting flux conversion. Stacked cross correlation analysis of the images reveals a pronounced stratification of the flow. The flow consists of a slow, mildly relativistic layer (moving at $\beta \sim 0.5\,c$), associated either with instability pattern speed or an outer wind, and a fast, accelerating stream line (with $\beta \sim 0.92$, corresponding to a bulk Lorentz factor $\gamma \sim 2.5$). A systematic difference of the apparent speeds in the northern and southern limbs of the jet is detected, providing evidence for jet rotation. The angular velocity of the magnetic field line associated with this rotation suggests that the jet in M87 is launched in the inner part of the disk, at a distance $r_0 \sim 5\, R_\mathrm{s}$ from the central engine. The combined results of the analysis imply that MHD acceleration and conversion of Poynting flux to kinetic energy play the dominant roles in collimation and acceleration of the flow in M\,87.

Context . In very long baseline interferometry (VLBI), the combination of multiple antennas permits the synthesis of a virtual telescope with a larger diameter and consequently higher resolution than the individual antennas. However, due to the sparse nature of the array, recovering an image from the observed data is a challenging ill-posed inverse problem. Aims . The VLBI community is interested in not only recovering an image in total intensity from interferometric data, but also in obtaining results in the polarimetric and the temporal domain. Only a few algorithms are able to work in all these domains simultaneously. In particular, the algorithms based on optimization that consider various penalty terms specific to static total intensity imaging, time-variability and polarimetry are restricted to grids in the domain of the objective function. In this work we present a novel algorithm, multiobjective particle swarm optimization (MO-PSO), that is able to recover the optimal weights without any space-gridding, and to obtain the marginal contribution of each of the playing terms. Methods . To this end, we utilized multiobjective optimization together with particle swarm metaheuristics. We let the swarm of weights converge to the best position. Results . We evaluate our algorithm with synthetic data sets that are representative for the main science targets and instrumental configuration of the Event Horizon Telescope Collaboration (EHTC) and its planned successors. We successfully recover the polarimetric, static, and time-dynamic signature of the ground truth movie' even with relative sparsity, and a set of realistic data corruptions. Conclusions . We have built a novel, fast, hyperparameter space gridding-free algorithm that successfully recovers static and dynamic polarimetric reconstructions. Compared to regularized maximum likelihood (RML) methods, it avoids the need for parameter surveys, and it is not limited to the number of pixels, unlike recently proposed multiobjective imaging algorithms. Hence, this technique is a novel useful alternative tool to characterize full Stokes time-(in)dependent signatures in a VLBI data set robustly with a minimal set of user-based choices.

The 2017 observing campaign of the Event Horizon Telescope (EHT) delivered the first very long baseline interferometry (VLBI) images at the observing frequency of 230,GHz, leading to a number of unique studies on black holes and relativistic jets from active galactic nuclei (AGN). In total, eighteen sources were observed, including the main science targets, Sgr,A* and M,87, and various calibrators. Sixteen sources were AGN. We investigated the morphology of the sixteen AGN in the EHT 2017 data set, focusing on the properties of the VLBI cores: size, flux density, and brightness temperature. We studied their dependence on the observing frequency in order to compare it with the Blandford-K"onigl (BK) jet model. In particular, we aimed to study the signatures of jet acceleration and magnetic energy conversion. We modeled the source structure of seven AGN in the EHT 2017 data set using linearly polarized circular Gaussian components (1749+096, 1055+018, BL,Lac, J0132--1654, J0006--0623, CTA,102, and 3C,454.3) and collected results for the other nine AGN from dedicated EHT publications, complemented by lower frequency data in the 2-86,GHz range. Combining these data into a multifrequency EHT+ data set, we studied the dependences of the VLBI core component flux density, size, and brightness temperature on the frequency measured in the AGN host frame (and hence on the distance from the central black hole), characterizing them with power law fits. We compared the observations with the BK jet model and estimated the magnetic field strength dependence on the distance from the central black hole. Our observations spanning event horizon to parsec scales indicate a deviation from the standard BK model, particularly in the decrease of the brightness temperature with the observing frequency. Only some of the discrepancies may be alleviated by tweaking the model parameters or the jet collimation profile. Either bulk acceleration of the jet material, energy transfer from the magnetic field to the particles, or both are required to explain the observations. For our sample, we estimate a general radial dependence of the Doppler factor δ ∝ r^ ≤0.5 . This interpretation is consistent with a magnetically accelerated sub-parsec jet. We also estimate a steep decrease of the magnetic field strength with radius B ∝ r^ hinting at jet acceleration or efficient magnetic energy dissipation.