Нові спостереження чорної діри M87* виявили свідчення драматичних змін її оточення

Нові зображення від Телескопа горизонту подій (EHT) показують несподівані зміни поляризації навколо надмасивної чорної діри в центрі галактики M87, що вказує на динамічне та складне середовище поблизу неї.

Про це розповідають в Аризонському університеті, передають OstanniPodii.com.

M87* ("зоря М-вісімдесят-сім") — надмасивна чорна діра в центрі галактики M87 — перша чорна діра, пряме зображення (тіні) якої було отримано, тепер розкриває свої бурхливі таємниці. Астрономи стали свідками того, як магнітне поле M87* повністю змінило напрямок між 2017 і 2021 роками. Ці спостереження стали першим випадком, коли вчені зафіксували такі драматичні зміни в екстремальному середовищі, що оточує чорну діру. Це відкриття дає нові підказки про те, як ці космічні гіганти живляться та забезпечують енергією свої величезні джети.

Результати спостережень, проведені в рамках проєкту EHT, опубліковані в журналі Astronomy & Astrophysics.

Галактика M87, розташована на відстані близько 55 мільйонів світлових років від Землі, містить надмасивну чорну діру, маса якої в 6 мільярдів разів перевищує масу Сонця. Чорні діри — це настільки щільні скупчення речовини, що їх гравітація стає настільки сильною, що навіть світло не може вирватися з них. Єдиний спосіб «побачити» чорну діру — це спостерігати за її акреційним диском, кільцем перегрітої плазми, що випускає електромагнітне випромінювання в діапазоні хвиль, які можна виявити за допомогою радіотелескопів.

EHT, глобальна мережа радіотелескопів, що діє як один телескоп розміром із Землю, вперше зафіксувала знакову картинку тіні чорної діри M87 у 2019 році. Тепер, порівнявши спостереження за поляризованими світловими візерунками навколо чорної діри за 2017, 2018 та 2021 роки, вчені зробили наступний крок до розкриття того, як магнітні поля поблизу чорної діри змінюються з часом.

Поляризоване світло відрізняється від звичайного тим, що його хвилі коливаються в одній площині, а не в декількох напрямках. Коли вчені спостерігають поляризоване світло навколо чорної діри, воно розкриває структуру та силу магнітних полів у цій області — важливу інформацію для розуміння того, як чорні діри поглинають матерію та випускають потужні джети в космос. Між 2017 і 2021 роками структура поляризації чорної діри M87 змінила напрямок. У 2017 році магнітні поля закручувалися в одну сторону. До 2018 року поля стабілізувалися, а в 2021 році змінили напрямок, закручуючись у протилежну сторону.

«Примітно, що хоча розмір кільця залишався незмінним протягом багатьох років, підтверджуючи тінь чорної діри, передбачену теорією Ейнштейна, структура поляризації значно змінилася», — сказав доктор Пол Тіде, астроном Гарвард-Смітсонівського Центру астрофізики, співавтор нового дослідження. «Це свідчить про те, що намагнічена плазма, яка вирує поблизу горизонту подій, далеко не статична; вона динамічна й складна, що виводить наші теоретичні моделі на межу».

Сукупний ефект змін поляризації з часом вказує на еволюцію турбулентного середовища, в якому магнітні поля відіграють важливу роль у регулюванні того, як чорна діра поглинає матерію та випускає енергію в космос.

Важливо, що спостереження EHT 2021 року скористалися підвищеною чутливістю двох нових телескопів, які приєдналися до глобальної мережі: Аризонської радіообсерваторії Аризонського університету на Кітт-Пік на південний захід від Тусона та Північної розширеної міліметрової решітки у Франції. Це вдосконалення дозволило вченим виявити випромінювання з основи релятивістського джета M87 — вузького пучка енергійних частинок, що вириваються з чорної діри майже зі швидкістю світла.

«Виявлення випромінювання джета так близько до чорної діри — це як нарешті побачити двигун, що приводить в рух ці космічні струмені», — сказала Джасмін Вашингтон, докторантка Стюардської обсерваторії та одна зі співавторок статті.

Емі Ловіц, науковець EHT в Стюардській обсерваторії, додала: «Це пов′язує те, що ми бачимо на горизонті подій — межі, за якою світло не може вийти з чорної діри — з гігантськими джетами, що простягаються на тисячі світлових років у космос».

«Додавання 12-метрового радіотелескопа Кітт-Пік є необхідним для фіксації великомасштабної структури на отриманих зображеннях», — сказав Ден Мароне, професор астрономії в Аризонському університеті та Стюардської обсерваторії. «Ці багаторічні зображення поглиблюють наше розуміння одного з найекстремальніших середовищ Всесвіту й допомагають підтвердити передбачення Ейнштейна, одночасно розкриваючи нові, несподівані складнощі магнітних полів і формування джетів поблизу надмасивної чорної діри».

Ці відкриття допомагають розгадати одну з найдавніших загадок астрофізики: як чорні діри перетворюють матерію, що до них падає, на потужні джети, які впливають на цілі галактики.

«Коли газ, що падає, наближається до чорної діри майже зі швидкістю світла, він набирає неймовірну кількість енергії та нагрівається до мільярдів градусів», — розповідає Чі-Кван Чан, астроном зі Стюардської обсерваторії. «Частина цього газу не поглинається, а вилітає назад у космос, створюючи джет, що виходить з чорної діри. Як це відбувається та що є причиною цього, досі залишається загадкою. Такі дослідження допомагають нам краще зрозуміти ці процеси, які, ймовірно, пов′язані з надзвичайно сильними магнітними полями».

Джети, подібні до M87, відіграють вирішальну роль в еволюції галактик, оскільки вони розподіляють енергію по всій території своїх галактик, безпосередньо впливаючи на космічні процеси, такі як зореутворення. Джет випромінює радіацію в усьому електромагнітному спектрі, включаючи гамма-промені та нейтрино, створюючи унікальну лабораторію для вивчення того, як ці космічні явища утворюються та запускаються.

Співпраця EHT продовжує розширювати свої можливості спостереження, щоб дізнатися більше про мінливе, турбулентне середовище, що оточує надмасивні чорні діри. «Відкриваючи нові горизонти в астрофізиці чорних дір у часовій області, EHT планує амбітну серію швидких спостережень у березні та квітні 2026 року», — сказав Ремо Тіланус, професор-дослідник у Стюарді та операційний менеджер співпраці EHT. «Ми раді готуватися до знімання першого фільму про M87*, що було в нашому списку бажань з моменту появи першого зображення чорної діри».

• Чорні діри
• чорна діра M87