Отримано зображення магнітних полей на краю чорної діри M87

Колаборація "Телескоп горизонту подій" (EHT), яка отримала перше в історії зображення чорної діри, сьогодні відкрила новий погляд на масивний об′єкт у центрі галактики Мессьє 87 (M87): як він виглядає в поляризованому світлі. Це вперше, коли астрономам вдалося виміряти поляризацію, сигнатуру магнітних полів, настільки близько до краю чорної діри.

Спостереження є ключовими для пояснення того, як галактика M87, розташована на відстані 55 мільйонів світлових років від нас, здатна запускати енергетичні струмені зі свого ядра, розповідають в Європейській південній обсерваторії.

"Зараз ми бачимо наступний важливий доказ у розумінні того, як поводяться магнітні поля навколо чорних дір і як активність у цій дуже компактній області космосу може приводити в рух потужні струмені, які простираються далеко за межі галактики", - говорить Моніка Мосцібродзька, координатор робочої групи EHT з поляриметрії та доцент Радбоудського університету в Нідерландах.

10 квітня 2019 року вчені оприлюднили перше в історії зображення чорної діри, що розкриває яскраву кільцеподібну структуру з темною центральною областю - тінь чорної діри. З тих пір колаборація EHT більше заглибилася в дані про надмасивний об’єкт у центрі галактики M87, зібрані в 2017 році. Вони виявили, що значна частина світла навколо чорної діри M87 поляризована.

"Ця робота є важливою віхою: поляризація світла несе інформацію, яка дозволяє нам краще зрозуміти фізику на зображенні, яке ми бачили в квітні 2019 року, що раніше було неможливим", - пояснює Іван Марті-Відаль, також координатор робочої групи EHT з поляриметрії та заслужений дослідник GenT з Університету Валенсії, Іспанія. Він додає, що "на оприлюднення цього нового зображення з поляризованим світлом знадобилися роки роботи через складність методів при отриманні та аналізі даних".

Світло стає поляризованим, коли проходить через певні фільтри, наприклад, через лінзи поляризованих сонцезахисних окулярів, або коли воно випустилося в гарячих областях космосу, де присутні магнітні поля. Подібно до того, як поляризовані сонцезахисні окуляри допомагають нам краще бачити, зменшуючи відбиття та відблиски від яскравих поверхонь, астрономи можуть зосередити свій погляд на область навколо чорної діри, дивлячись на те, як поляризується світло, що походить від неї. Зокрема, поляризація дозволяє астрономам картографувати лінії магнітного поля, присутні на внутрішньому краю чорної діри.

"Новоопубліковані поляризовані зображення є ключом до розуміння того, як магнітне поле дозволяє чорній дірі "поїдати" матерію і запускати потужні струмені", - говорить член колаборації EHT Ендрю Чаел, степендіат програми NASA "Хаббл" у Принстонському центрі теоретичних наук і Принстонській гравітаційній ініціативі в США.

Яскраві струмені енергії та матерії, що виходять з ядра M87 і простягаються щонайменше на 5000 світлових років від її центру, є однією з найбільш загадкових та енергетичних особливостей галактики. Більша частина матерії, що знаходиться близько до краю чорної діри, потрапляє всередину. Однак, деякі навколишні частинки вириваються за момент до захоплення і викидаються далеко у космос у вигляді струменів.

Астрономи покладалися на різні моделі поводження матерії поблизу чорної діри, щоб краще зрозуміти цей процес. Але вони все ще точно не знають, як з її центральної області, співвідносної за розмірами із Сонячною системою, запускаються струмені, розмір яких перевищує галактику, та як саме матерія потрапляє у чорну діру. Завдяки новому EHT-зображенню чорної діри та її тіні в поляризованому світлі, астрономам вперше вдалося зазирнути в область безпосередньо за межами чорної діри, де відбувається ця взаємодія між матерією, що надходить, і матерією, що викидається.

Спостереження дають нову інформацію про будову магнітних полів безпосередньо за межами чорної діри. Команда виявила, що лише теоретичні моделі із сильно намагніченим газом можуть пояснити, що вони бачать на горизонті подій.

"Спостереження дозволяють припустити, що магнітні поля на краю чорної діри досить сильні, щоб відтіснити гарячий газ і допомогти йому протистояти гравітаційному тяжінню. Тільки газ, який прослизає через поле, може рухатися по спіралі всередину до горизонту подій", - пояснює Джейсон Декстер, доцент Колорадського університету в Боулдері, США, і координатор з теорії робочої групи EHT.

Для спостереження за серцем галактики M87 колоборація зв’язала вісім телескопів по всьому світу, включаючи північночилійські Атакамський великий міліметровий/субміліметровий масив (ALMA) та Атакамський експеримент Слідопит (APEX), з якими співпрацює Європейська південна обсерваторія (ESO), -- щоб створити віртуальний телескоп розміром із Землю, EHT. Вражаюча роздільна здатність, отримана за допомогою EHT, еквівалентна тій, яка потрібна для вимірювання довжини кредитної картки на поверхні Місяця.

"За допомогою ALMA та APEX, які завдяки своєму південному розташуванню покращують якість зображення, додаючи географічне розширення мережі EHT, європейські вчені змогли зіграти центральну роль у дослідженні", - говорить Ціска Кемпер, науковий співробітник європейської програми ALMA в ESO. "Завдяки своїм 66 антенам ALMA домінує у загальній системі збору сигналів у поляризованому світлі, тоді як APEX має важливе значення для калібрування зображення".

"Дані ALMA також мали вирішальне значення для калібрування, відображення та інтерпретації спостережень EHT, забезпечуючи жорсткі обмеження теоретичних моделей, що пояснюють поводження матерії поблизу горизонту подій чорної діри", - додає Чіріако Годді, вчений з Радбоудського університету та Лейденської обсерваторії у Нідерландах, який очолив супровідне дослідження, яке покладалося лише на спостереження ALMA.

Налаштування EHT дозволило команді безпосередньо спостерігати за тінню чорної діри та кільцем світла навколо неї, при цьому нове зображення поляризованого світла чітко показує, що кільце намагнічене. Сьогодні результати роботи колаборації EHT були опубліковані у двох окремих статтях у журналі "The Astrophysical Journal Letters". У дослідженні взяли участь понад 300 дослідників з багаточисельних організацій та університетів по всьому світу.

"EHT швидко прогресує, проводяться технологічні модернізації мережі, а нові обсерваторії додаються. Ми очікуємо, що майбутні спостереження EHT дозволять більш точно визначити структуру магнітного поля навколо чорної діри та розповісти нам більше про фізику гарячого газу в цій області", - робить висновок член колаборації EHT Джонго Парк зі Східноазіатської асоціації основних обсерваторій в Інституті астрономії та астрофізики Академії Сініка в Тайбеї.

! Читайте ще цікаві новини про космос на сайті, або слідкуйте за ними на Facebook.