Новые наблюдения черной дыры M87* выявили признаки драматических изменений в ее окружении

Новые изображения от Телескопа горизонта событий (EHT) показывают неожиданные изменения поляризации вокруг сверхмассивной черной дыры в центре галактики M87, что указывает на динамичную и сложную среду вблизи нее.

Об этом рассказывают в Аризонском университете, передают OstanniPodii.com.

M87* («звезда М-восемьдесят-семь») — сверхмассивная черная дыра в центре галактики M87 — первая черная дыра, прямое изображение (тень) которой было получено, теперь раскрывает свои бурные тайны. Астрономы стали свидетелями того, как магнитное поле M87* полностью изменило направление между 2017 и 2021 годами. Эти наблюдения стали первым случаем, когда ученые зафиксировали такие драматические изменения в экстремальной среде, окружающей черную дыру. Это открытие дает новые подсказки о том, как эти космические гиганты питаются и запитывают энергией свои огромные джеты.

Результаты наблюдений, проведенных в рамках проекта EHT, опубликованы в журнале Astronomy & Astrophysics.

Галактика M87, расположенная на расстоянии около 55 миллионов световых лет от Земли, содержит сверхмассивную черную дыру, масса которой в 6 миллиардов раз превышает массу Солнца. Черные дыры — это настолько плотные скопления вещества, что их гравитация становится настолько сильной, что даже свет не может вырваться из них. Единственный способ «увидеть» черную дыру — это наблюдать за ее аккреционным диском, кольцом перегретой плазмы, испускающим электромагнитное излучение в диапазоне волн, которые можно обнаружить с помощью радиотелескопов.

EHT, глобальная сеть радиотелескопов, действующая как один телескоп размером с Землю, впервые зафиксировала знаковую картинку тени черной дыры M87 в 2019 году. Теперь, сравнив наблюдения за поляризованными световыми узорами вокруг черной дыры за 2017, 2018 и 2021 годы, ученые сделали следующий шаг к раскрытию того, как магнитные поля вблизи черной дыры меняются со временем.

Поляризованный свет отличается от обычного тем, что его волны колеблются в одной плоскости, а не в нескольких направлениях. Когда ученые наблюдают поляризованный свет вокруг черной дыры, он раскрывает структуру и силу магнитных полей в этой области — важную информацию для понимания того, как черные дыры поглощают материю и выпускают мощные джеты в космос. Между 2017 и 2021 годами структура поляризации черной дыры M87 изменила направление. В 2017 году магнитные поля закручивались в одну сторону. К 2018 году поля стабилизировались, а в 2021 году изменили направление, закручиваясь в противоположную сторону.

«Примечательно, что хотя размер кольца оставался неизменным в течение многих лет, подтверждая тень черной дыры, предсказанную теорией Эйнштейна, структура поляризации значительно изменилась», — сказал доктор Пол Тиде, астроном Гарвард-Смитсоновского Центра астрофизики, соавтор нового исследования. «Это свидетельствует о том, что намагниченная плазма, бурлящая вблизи горизонта событий, далеко не статична; она динамична и сложна, что выводит наши теоретические модели на предел».

Совокупный эффект изменений поляризации со временем указывает на эволюцию турбулентной среды, в которой магнитные поля играют важную роль в регулировании того, как черная дыра поглощает материю и выделяет энергию в космос.

Важно, что наблюдения EHT 2021 года воспользовались повышенной чувствительностью двух новых телескопов, которые присоединились к глобальной сети: Аризонской радиообсерватории Аризонского университета на Китт-Пик к юго-западу от Тусона и Северной расширенной миллиметровой решетки во Франции. Это усовершенствование позволило ученым обнаружить излучение из основания релятивистского джета M87 — узкого пучка энергичных частиц, вырывающихся из черной дыры почти со скоростью света.

«Обнаружение излучения джета так близко к черной дыре — это как наконец увидеть двигатель, приводящий в движение эти космические струи», — сказала Джасмин Вашингтон, докторант Стюардской обсерватории и одна из соавторов статьи.

Эми Ловиц, ученый EHT в Стюардской обсерватории, добавила: «Это связывает то, что мы видим на горизонте событий — границе, за которой свет не может выйти из черной дыры — с гигантскими джетами, простирающимися на тысячи световых лет в космос».

«Добавление 12-метрового радиотелескопа Китт-Пик необходимо для фиксации крупномасштабной структуры на полученных изображениях», — сказал Дэн Мароне, профессор астрономии в Аризонском университете и Стюардской обсерватории. «Эти многолетние изображения углубляют наше понимание одной из самых экстремальных сред Вселенной и помогают подтвердить предсказания Эйнштейна, одновременно раскрывая новые, неожиданные сложности магнитных полей и формирования джетов вблизи сверхмассивной черной дыры».

Эти открытия помогают разгадать одну из древнейших загадок астрофизики: как черные дыры превращают падающую в них материю в мощные джеты, которые влияют на целые галактики.

«Когда падающий газ приближается к черной дыре почти со скоростью света, он набирает невероятное количество энергии и нагревается до миллиардов градусов», — рассказывает Чи-Кван Чан, астроном из Стюардской обсерватории. «Часть этого газа не поглощается, а вылетает обратно в космос, создавая джет, выходящий из черной дыры. Как это происходит и что является причиной этого, до сих пор остается загадкой. Такие исследования помогают нам лучше понять эти процессы, которые, вероятно, связаны с чрезвычайно сильными магнитными полями».

Джеты, подобные M87, играют решающую роль в эволюции галактик, поскольку они распределяют энергию по всей территории своих галактик, непосредственно влияя на космические процессы, такие как звездообразование. Джет излучает радиацию во всем электромагнитном спектре, включая гамма-лучи и нейтрино, создавая уникальную лабораторию для изучения того, как эти космические явления образуются и запускаются.

Сотрудничество EHT продолжает расширять свои возможности наблюдения, чтобы узнать больше о переменной, турбулентной среде, окружающей сверхмассивные черные дыры. «Открывая новые горизонты в астрофизике черных дыр во временной области, EHT планирует амбициозную серию быстрых наблюдений в марте и апреле 2026 года», — сказал Ремо Тиланус, профессор-исследователь в Стюарде и операционный менеджер сотрудничества EHT. «Мы рады готовиться к съемкам первого фильма о M87*, что было в нашем списке желаний с момента появления первого изображения черной дыры».

• Черные дыры
• черная дыра M87