|
Магнитные поля закручиваются вокруг черной дыры
|
|
|
|
Новое изображение, полученное с помощью коллаборации Event Horizon Telescope (EHT), в которую входят ученые из Центра астрофизики Гарварда и Смитсоновского института (CfA), позволило обнаружить сильные и упорядоченные магнитные поля, спирально исходящие от края сверхмассивной черной дыры Стрелец A* (Sgr A*). Впервые увиденный в поляризованном свете, этот новый вид монстра, скрывающегося в сердце галактики Млечный Путь, выявил структуру магнитного поля, поразительно похожую на структуру черной дыры в центре галактики M87, что позволяет предположить, что сильные магнитные поля могут быть общими для всех черных дыр. Это сходство также указывает на скрытую струю в Sgr A*. Результаты были опубликованы в Astrophysical Journal Letters. Ученые представили первое изображение Sgr A*, которое находится примерно в 27 000 световых годах от Земли, в 2022 году, показав, что, хотя сверхмассивная черная дыра Млечного Пути более чем в тысячу раз меньше и менее массивна, чем M87, она выглядит удивительно похожей.
|
|
|
|
Это заставило ученых задаться вопросом, есть ли у этих двоих общие черты, помимо внешности. Чтобы выяснить это, команда решила изучить Sgr A* в поляризованном свете. Предыдущие исследования света вокруг M87* показали, что магнитные поля вокруг черной дыры-гиганта позволяют ей выбрасывать мощные струи вещества обратно в окружающую среду. Основываясь на этой работе, новые изображения показали, что то же самое может быть верно и для Sgr A*. "Сейчас мы видим, что вблизи черной дыры в центре галактики Млечный Путь существуют сильные, искривленные и упорядоченные магнитные поля", - сказала Сара Иссаун, астрофизик Смитсоновской астрофизической обсерватории (SAO) и соруководитель проекта, научный сотрудник программы стипендий имени Эйнштейна НАСА имени Хаббла. "Наряду с тем, что Sgr A* имеет поразительно схожую структуру поляризации с той, что наблюдается в гораздо более крупной и мощной черной дыре M87*, мы узнали, что сильные и упорядоченные магнитные поля имеют решающее значение для того, как черные дыры взаимодействуют с газом и веществом вокруг них".
|
|
|
Свет - это колеблющаяся или движущаяся электромагнитная волна, которая позволяет нам видеть объекты. Иногда свет колеблется в предпочтительной ориентации, и мы называем это "поляризованным". Хотя поляризованный свет окружает нас, для человеческого глаза он неотличим от "обычного" света. В плазме вокруг этих черных дыр частицы, вращающиеся вокруг силовых линий магнитного поля, создают поляризационную картину, перпендикулярную полю. Это позволяет астрономам во все более ярких деталях видеть, что происходит в областях черных дыр, и составлять карту их силовых линий магнитного поля. "Визуализируя поляризованный свет, исходящий от горячего светящегося газа вблизи черных дыр, мы напрямую определяем структуру и силу магнитных полей, которые управляют потоком газа и вещества, которым питается и выбрасывает черная дыра", - сказал научный сотрудник Harvard Black Hole Initiative и соруководитель проекта Анджело Рикарте. "Поляризованный свет рассказывает нам гораздо больше об астрофизике, свойствах газа и механизмах, которые происходят при питании черной дыры".
|
|
|
|
Но визуализировать черные дыры в поляризованном свете не так просто, как надеть солнцезащитные очки с поляризационными стеклами, и это особенно верно для Sgr A*, который меняется так быстро, что не успевает оставаться неподвижным при съемке. Для получения изображений сверхмассивной черной дыры требуются сложные инструменты, превосходящие те, которые ранее использовались для захвата M87*, гораздо более устойчивой цели. Постдокторант CfA и астрофизик SAO Пол Тиде (Paul Tiede) сказал: "Удивительно, что мы вообще смогли получить поляризованное изображение Sgr A*. Для получения первого изображения потребовались месяцы тщательного анализа, чтобы понять его динамическую природу и раскрыть его структуру в целом." "Создание поляризованного изображения усложняет задачу изучения динамики магнитных полей вокруг черной дыры. Наши модели часто предсказывали сильные турбулентные магнитные поля, что чрезвычайно затрудняло построение поляризованного изображения. К счастью, наша черная дыра намного спокойнее, что делает возможным получение первого изображения."
|
|
|
|
Ученые очень рады получить изображения обеих сверхмассивных черных дыр в поляризованном свете, поскольку эти изображения и данные, которые к ним прилагаются, предоставляют новые способы сравнения и контрастирования черных дыр разных размеров и масс. По мере совершенствования технологий изображения, вероятно, раскроют еще больше секретов черных дыр и их сходств или различий. Мичи Баубок (Michi Baubock), исследователь-постдокторант из Университета Иллинойса в Урбане-Шампейне, сказала: "M87* и Sgr A* отличаются несколькими важными особенностями: M87* намного больше, и он втягивает вещество из окружающей среды с гораздо большей скоростью. Таким образом, мы могли бы ожидать, что магнитные поля также выглядят совсем по-другому. Но в данном случае они оказались довольно похожими, что может означать, что эта структура является общей для всех черных дыр." "Лучшее понимание магнитных полей вблизи черных дыр помогает нам ответить на несколько открытых вопросов — от того, как формируются и запускаются струи, до того, какой мощности яркие вспышки мы видим в инфракрасном и рентгеновском излучении".
|
|
|
|
С 2017 года EHT провел несколько наблюдений, и в апреле 2024 года планируется повторное наблюдение за Sgr A*. С каждым годом изображения улучшаются, поскольку EHT использует новые телескопы, более широкую полосу пропускания и новые частоты наблюдений. Планируемые расширения в течение следующего десятилетия позволят получить высококачественные снимки Sgr A*, возможно, обнаружат скрытую струю и позволят астрономам наблюдать аналогичные поляризационные особенности в других черных дырах. Между тем, расширение EHT в космосе позволит получить более четкие изображения черных дыр, чем когда-либо прежде. CfA возглавляет несколько крупных инициатив, направленных на резкое повышение эффективности EHT в течение следующего десятилетия. В рамках проекта EHT следующего поколения (ngEHT) проводится кардинальная модернизация EHT, целью которой является подключение к сети нескольких новых радиоприемников, возможность одновременного наблюдения за несколькими цветами и повышение общей чувствительности антенны.
|
|
|
|
Расширение ngEHT позволит массиву снимать фильмы о сверхмассивных черных дырах в масштабе горизонта событий в режиме реального времени. Эти фильмы позволят детально рассмотреть структуру и динамику вблизи горизонта событий, привлекая внимание к гравитационным особенностям "сильного поля", предсказанным Общей теорией относительности, а также к взаимодействию аккреции и релятивистского реактивного движения, которое формирует крупномасштабные структуры во Вселенной. Тем временем, концепция миссии Black Hole Explorer (BHEX) расширит возможности EHT в космосе, что позволит получать самые четкие изображения в истории астрономии. BHEX позволит обнаруживать и визуализировать "фотонное кольцо" — четкую кольцевую структуру, образованную излучением с сильной линзой вокруг черных дыр. Свойства черной дыры отражаются на размере и форме фотонного кольца, выявляя массы и вращения десятков черных дыр, что, в свою очередь, показывает, как эти странные объекты растут и взаимодействуют со своими галактиками-хозяевами.
|
|
|
|
Источник
|
