Astronomowie odkryli silne pola magnetyczne kłębiące się na krawędzi centralnej czarnej dziury Drogi Mlecznej

Nowe zdjęcie powstałe w wyniku współpracy Teleskopu Horyzontu Zdarzeń (EHT) z udziałem naukowców z Centrum Astrofizyki | Harvard i Smithsonian (CfA) wykryli silne, zorganizowane pola magnetyczne unoszące się z krawędzi supermasywnej czarnej dziury Sagittarius A* (Sgr A*).

To nowe zdjęcie potwora czającego się w sercu Drogi Mlecznej, widzianego po raz pierwszy w świetle spolaryzowanym, ukazuje strukturę pola magnetycznego uderzająco podobną do struktury czarnej dziury w centrum galaktyki M87, co sugeruje obecność silne pole magnetyczne. Pola mogą być wspólne dla wszystkich czarnych dziur. To podobieństwo sugeruje również obecność ukrytego strumienia w Sgr A*.

Wyniki opublikowano w Listy do dzienników astrofizycznych.

Naukowcy ujawnili pierwszy obraz Sgr A* – znajdującej się około 27 000 lat świetlnych od Ziemi – w 2022 roku, ujawniając, że chociaż supermasywna czarna dziura Drogi Mlecznej jest tysiąc razy mniejsza i mniej masywna niż M87, wydaje się niezwykle podobna. .

To skłoniło naukowców do zastanowienia się, czy poza wyglądem te dwie osoby mają wspólne cechy. Aby się tego dowiedzieć, zespół postanowił zbadać Strzelca A* w świetle spolaryzowanym. Poprzednie badania światła wokół M87* ujawniły, że pola magnetyczne wokół gigantycznej czarnej dziury pozwoliły jej wystrzelić potężne strumienie materii z powrotem do otaczającego środowiska. Opierając się na tej pracy, nowe zdjęcia pokazują, że to samo może dotyczyć Sagittarius A*.

„Teraz widzimy, że w pobliżu czarnej dziury w centrum Drogi Mlecznej istnieją silne, skręcone, zorganizowane pola magnetyczne” – powiedziała Sarah Isson, stypendystka Einsteina w programie stypendialnym Hubble'a NASA. ) jest astrofizykiem i współliderem projektu.

„Poza tym, że Sgr A* ma strukturę polaryzacji uderzająco podobną do tej obserwowanej w większej i potężniejszej czarnej dziurze M87*, dowiedzieliśmy się, że silne, uporządkowane pola magnetyczne są niezbędne do interakcji czarnych dziur z gazem i otaczającą je materią. ”

Światło to oscylująca lub poruszająca się fala elektromagnetyczna, która pozwala nam widzieć przedmioty. Czasami światło oscyluje w preferowanym kierunku, który nazywamy „spolaryzowanym”. Chociaż otacza nas światło spolaryzowane, dla ludzkiego oka jest ono nie do odróżnienia od „normalnego” światła.

W plazmie otaczającej te czarne dziury cząstki krążące wokół linii pola magnetycznego nadają wzór polaryzacji prostopadły do ​​pola. Pozwala to astronomom zobaczyć wyraźniejsze szczegóły tego, co dzieje się w obszarach czarnych dziur i sporządzić mapę linii ich pola magnetycznego.

„Obrazując spolaryzowane światło gorącego, świecącego gazu w pobliżu czarnych dziur, bezpośrednio wnioskujemy o strukturze i sile pól magnetycznych łączących przepływ gazu i materii, którymi czarna dziura żywi się i wyrzuca” – stwierdziła Harvard Black Hole Initiative Kolega. Uczestnik projektu Angelo Ricarte. „Światło spolaryzowane uczy nas wiele o astrofizyce, właściwościach gazu i mechanizmach zachodzących podczas zasilania czarnej dziury”.

Jednak fotografowanie czarnych dziur w świetle spolaryzowanym nie jest tak proste, jak noszenie polaryzacyjnych okularów przeciwsłonecznych, co jest szczególnie prawdziwe w przypadku Sgr A*, który zmienia się tak szybko, że nie pozostaje nieruchomy podczas robienia zdjęć. Sfotografowanie supermasywnej czarnej dziury wymaga wyrafinowanych instrumentów, innych niż te używane wcześniej do uchwycenia M87*, znacznie bardziej stabilnego celu.

„To ekscytujące, że w ogóle udało nam się wykonać spolaryzowany obraz Strzelca A*. Pierwsze zdjęcie wymagało miesięcy intensywnej analizy, aby zrozumieć jego dynamiczną naturę i ujawnić mezostrukturę” – powiedział astrofizyk i astrofizyk SAO Paul Tiede.

„Utworzenie spolaryzowanego obrazu zwiększa wyzwanie związane z dynamiką pól magnetycznych wokół czarnej dziury. Nasze modele często przewidywały wysoce turbulentne pola magnetyczne, co bardzo utrudnia utworzenie spolaryzowanego obrazu. Na szczęście nasza czarna dziura jest znacznie cichsza, co sprawia, że pierwszy możliwy obraz.”

Naukowcy są podekscytowani możliwością uzyskania obrazów obu supermasywnych czarnych dziur w świetle spolaryzowanym, ponieważ te obrazy i towarzyszące im dane zapewniają nowe sposoby porównywania i kontrastowania czarnych dziur o różnych rozmiarach i masach. W miarę rozwoju technologii obrazy prawdopodobnie odkryją więcej tajemnic czarnych dziur oraz ich podobieństw i różnic.

„M87* i Sgr A* różnią się pod kilkoma istotnymi względami: M87* jest znacznie większa i pobiera materię ze swojego otoczenia ze znacznie większą szybkością” – powiedziała Michie Bobock, badaczka ze stopniem doktora na Uniwersytecie Illinois Urbana-Champaign. „Mogliśmy więc spodziewać się, że pola magnetyczne również będą wyglądać zupełnie inaczej. Jednak w tym przypadku okazały się dość podobne, co może oznaczać, że ta struktura jest wspólna dla wszystkich czarnych dziur”.

„Lepsze zrozumienie pól magnetycznych w pobliżu czarnych dziur pomaga nam odpowiedzieć na wiele otwartych pytań, począwszy od tego, w jaki sposób powstają i są wystrzeliwane dżety, po to, co zasila jasne rozbłyski, które widzimy w podczerwieni i promieniach rentgenowskich”.

EHT przeprowadził kilka obserwacji od 2017 r., a ponowne obserwacje Sagittarius A* zaplanowano na kwiecień 2024 r. Każdego roku obrazy stają się coraz lepsze, ponieważ EHT wykorzystuje nowe teleskopy, większą szerokość pasma i nowe częstotliwości obserwacyjne. Rozbudowa planowana na następną dekadę umożliwi sfilmowanie Sagittarius A* w wysokiej rozdzielczości, może ujawnić ukryte dżety i pozwolić astronomom obserwować podobne cechy polaryzacji w innych czarnych dziurach. Tymczasem rozszerzenie EHT w przestrzeń kosmiczną zapewni ostrzejsze obrazy czarnych dziur niż kiedykolwiek wcześniej.

CfA przewodzi kilku kluczowym inicjatywom mającym na celu znaczne udoskonalenie EHT w ciągu następnej dekady. the EHT nowej generacji (ngEHT) Trwa transformacyjny projekt modernizacji EHT, którego celem jest udostępnienie online wielu nowych czasz radiowych, umożliwienie jednoczesnych obserwacji wielobarwnych i zwiększenie ogólnej czułości układu.

Rozszerzenie macierzy ngEHT umożliwi filmowanie w czasie rzeczywistym supermasywnych czarnych dziur w skalach horyzontu zdarzeń. Filmy te pozwolą wyjaśnić szczegółową strukturę i dynamikę w pobliżu horyzontu zdarzeń, skupiając się na cechach grawitacyjnych „silnego pola” przewidywanych przez ogólną teorię względności, a także na wzajemnych zależnościach między akrecją a uwalnianiem relatywistycznych dżetów, które rzeźbią wielkoskalowe struktury we wszechświecie .

w tym samym czasie, Badacz czarnych dziur Koncepcja misji BHEX pozwoli rozszerzyć EHT w przestrzeń kosmiczną, tworząc najostrzejsze obrazy w historii astronomii. BHEX umożliwi wykrycie i obrazowanie „pierścienia fotonowego” – ostrego pierścienia utworzonego przez silną emisję soczewkującą wokół czarnych dziur.

Właściwości czarnej dziury są odciśnięte na wielkości i kształcie pierścienia fotonowego, ujawniając masy i spiny dziesiątek czarnych dziur, a co za tym idzie, pokazując, w jaki sposób te egzotyczne obiekty rosną i oddziałują z galaktykami macierzystymi.