EHT виявив магнітні поля навколо центральної чорної діри нашої галактики

Астрономи з проєкту "Телескоп горизонту подій" (EHT) виявили сильні магнітні поля, що спіралеподібно закручуються навколо надмасивної чорної діри в центрі Чумацького Шляху, яка називається Стрілець A* (Sgr A*).

У 2022 році колаборація EHT опублікувала перше зображення Sgr A*, показавши, що вона дуже схожа на набагато більшу чорну діру в центрі галактики Мессьє 87 (M87*). Це спонукало команду дослідити Sgr A* у поляризованому світлі, що допомогло їм вивчити магнітні поля, які її оточують, розповідається в блозі novostionauke.

Стрілець A* розташована на відстані 27 000 світлових років від Землі та має масу, що приблизно в чотири мільйони разів перевищує масу Сонця. "Телескоп горизонту подій" спостерігав чорну діру у квітні 2017 року. Колаборація EHT використала ці спостереження як для оригінального зображення з 2022 року, так і для поточного дослідження.

"Зараз ми бачимо, що поблизу чорної діри в центрі галактики Чумацький Шлях існують сильні, скручені та організовані магнітні поля", - сказала Сара Іссаун з Центру астрофізики Гарвардського та Смітсонівського інститутів у Кембриджі, штат Массачусетс. "Поряд з тим, що Sgr A* має дивовижно подібну структуру поляризації до тієї, що спостерігається в набагато більшій і потужнішій чорній дірі M87*, ми дізналися, що сильні та впорядковані магнітні поля мають вирішальне значення для того, як чорні діри взаємодіють з газом і речовиною навколо них".

Через свою відстань, вивчення Стрільця A* вимагає більше, ніж звичайний телескоп. "Телескоп горизонту подій" - це глобальна співпраця радіотелескопів, об'єднаних разом, щоб працювати в унісон для вивчення чорних дір. Ця співпраця фактично створює віртуальний телескоп розміром із Землю, який дозволяє астрономам безпосередньо спостерігати чорні діри та їхнє оточення.

Навіть за допомогою EHT вивчати чорні діри важко. Плазма, що оточує Sgr A*, обертається навколо чорної діри всього за кілька хвилин, а це означає, що астрономи не зможуть отримати чітке зображення, якщо не знайдуть спосіб компенсувати це обертання. Щоб створити перше зображення з 2022 року, астрономам довелося створити в середньому тисячі інших зображень, які б точно відповідали спостереженням EHT.

Щобільше, сигнал порушується міжзоряною плазмою між Землею та чорною дірою, що робить його ще складнішим для вивчення, особливо в поляризованому світлі.

"Оскільки Sgr A* рухається, поки ми намагаємося її сфотографувати, було важко побудувати навіть неполяризоване зображення", - каже Джеффрі Бауер з Інституту астрономії та астрофізики Академії Синіка, Тайвань. "Ми відчули полегшення від того, що поляризоване зображення стало можливим. Деякі моделі були надто складними і турбулентними, щоб побудувати поляризоване зображення, але природа не була такою жорстокою".

Як і зображення 2022 року, це зображення Стрільця A* згенероване на основі усереднення кількох наборів даних, отриманих під час спостережень EHT різними методами. Щоб створити остаточний її вигляд, астрономи обробили зображення, щоб підкреслити регіони з сильною поляризацією, і наклали його поверх зображення з 2022 року.

Як поляризоване світло допомагає астрономам вивчати магнітні поля?

Коли світло випромінюється в гарячих, намагнічених областях космосу, воно стає поляризованим у напрямку, перпендикулярному до силових ліній магнітного поля. Так відбувається в гарячій плазмі, що оточує чорну діру. Це робить поляризоване світло особливо корисним для астрономів, які цікавляться магнітними полями.

"Зображуючи поляризоване світло від гарячого газу, що світиться поблизу чорних дір, ми робимо прямі висновки про структуру і силу магнітних полів, які керують потоками газу і матерії, якими живиться та викидає чорна діра", - говорить співробітник Гарвардської ініціативи з вивчення чорних дір Анджело Рікарте. "Поляризоване світло вчить нас набагато більше про астрофізику, властивості газу і механізми, які відбуваються в процесі живлення чорної діри".

Нові зображення показують ще більше схожості між Sgr A* і M87*, ніж попередні. Попереднє дослідження M87* показало, що чорна діра випускає струмені речовини в космос, і нинішні результати свідчать, що те саме може відбуватися і в Sgr A*. Більше того, у схожості є те, що деякі процеси є подібними для всіх чорних дір, незалежно від відмінностей у масі та розмірах.

"Той факт, що структура магнітного поля M87* настільки схожа на структуру магнітного поля Sgr A*, є важливим, оскільки він свідчить про те, що фізичні процеси, які керують тим, як чорна діра живиться і запускає струмінь, можуть бути універсальними серед надмасивних чорних дір, попри відмінності в масі, розмірах і навколишньому середовищі", - сказала Марія Феліція Де Лаурентіс з Неаполітанського університету Федеріко II, Італія. "Цей результат дозволяє нам вдосконалити наші теоретичні моделі та симуляції, покращуючи наше розуміння того, як матерія зазнає впливу поблизу горизонту подій чорної діри".

У квітні 2024 року "Телескоп горизонту подій" планує знову спостерігати за Стрільцем A*, але цього разу в спостереженнях візьме участь більше телескопів. Це дозволить астрономам спостерігати чорну діру на більшій частоті.

Про результати дослідження колаборації EHT повідомляється у двох статтях, опублікованих 27 березня в журналі The Astrophysical Journal Letters.