Ново изображение от сътрудничеството „Телескоп на хоризонта на събитията“ (Event Horizon Telescope - EHT) разкри силни и добре изразени магнитни полета, спираловидно извиващи се от ръба на свръхмасивната черна дупка Стрелец A* (Sgr A*).

Новият изглед в поляризирана светлина на чудовището, дебнещо в сърцето на галактиката Млечен път, разкри структура на магнитно поле, удивително подобна на тази на черната дупка в центъра на галактиката M87, което предполага, че наличието на силни магнитни полета може да е обща характеристика за всички черни дупки. Това сходство означава, че в нашата свръхмасивна черна дупка Sgr A* също може да бъде източник на джетове (струи), високоенергийни потоци от материя, които се изхвърлят в космоса от полюсите на въртене в противоположни посоки, но които зсега са останали скрити.

Резултатите са публикувани в The Astrophysical Journal Letters.

Сравнение на размера на двете черни дупки, заснети от Event Horizon Telescope (EHT): M87*, в сърцето на галактиката Messier 87, и Стрелец A* (Sgr A*), в центъра на Млечния път. Изображението показва мащаба на Sgr A* в сравнение както с M87*, така и с други елементи на Слънчевата система, като орбитите на Плутон и Меркурий. Показани са също диаметърът на Слънцето и текущото местоположение на космическата сонда Вояджър 1, най-отдалеченият космически кораб от Земята. M87*, която се намира на 55 милиона светлинни години от нас, е една от най-големите известни черни дупки. Докато Sgr A*, отдалечен на 27 000 светлинни години, има маса приблизително четири милиона пъти масата на Слънцето, M87* е повече от 1000 пъти по-масивна. Поради относителното им разстояние от Земята и двете черни дупки изглеждат с еднакъв размер в небето. Кредит: EHT collaboration

През 2022 г. учени разкриха първото изображение на Sgr A* на пресконференции по целия свят. Докато свръхмасивната черна дупка на Млечния път, която е приблизително на 27 000 светлинни години от Земята, е повече от хиляда пъти по-малка и по-малко масивна от M87, първата черна дупка, заснета в историята, наблюденията разкриха, че двете изглеждат удивително сходни. Това кара учените да се питат дали двете споделят общи черти освен външния им вид.

Първото изображение на нашата черна дупка - свръхмасивната черна дупка в галактическия център на Млечния път (Стрелец A*). Кредит: EHT Collaboration

За да разбере, екипът решава да изследва Sgr A* в поляризирана светлина. Предишни изследвания на светлината около черната дупка M87 (M87*) разкриха, че магнитните полета около нея позволяват на черната дупка да изстрелва мощни струи материал обратно в околната среда. Въз основа на тази работа новите изображения показват, че същото може да се отнася и за Sgr A*.

Изглед на свръхмасивната черна дупка M87* в поляризирана светлина.  Кредит: EHT Collaboration

„Сега виждаме, че има силни, заплетени и организирани магнитни полета в близост до черната дупка в центъра на Млечния път“, обяснява Сара Исаун (Sara Issaoun), стипендиант на програмата на НАСА „Хъбъл“, стипендиантска програма Айнщайн от Центъра по астрофизика „Харвард-Смитсониън“, САЩ, и съръководител на проекта. „Заедно с факта, че Sgr A* има поразително подобна поляризационна структура на тази в много по-голямата и по-мощна черна дупка M87*, ние разбираме, че силните и подредени магнитни полета са критични за това как черните дупки взаимодействат с газа и материята в тяхната среда."

Обзорна снимка на центъра на Млечния път. Кредит: ESO и Digitized Sky Survey 2. Davide De Martin и S. Guisard (www.eso.org/~sguisard)

Светлината не е нищо повече от осцилираща (нагоре и надолу) електромагнитна вълна, която ни позволява да виждаме обекти. Понякога светлината осцилира в предпочитана посока: тогава тя се нарича „поляризирана“. Въпреки че поляризираната светлина се среща навсякъде около нас, човешкото око не е в състояние да я различи от „нормалната“ светлина. В плазмата около черните дупки частиците, въртящи се около линиите на магнитното поле, създават поляризационен модел, който е перпендикулярен на полето. Това предлага на астрономите възможността да видят по-подробно какво се случва около черните дупки и да картографират линиите на магнитното им поле.

Едно до друго сa изображения на свръхмасивните черни дупки M87* и Стрелец A* в поляризирана светлина, те показват на учените, че тези космически чудовища имат подобни структури на магнитното поле. Това е важно, защото предполага, че физическите процеси, които управляват начина, по който черна дупка захранва и изстрелва джетове (стуи), може да са универсални характеристики сред свръхмасивните черни дупки. (Мащабната линия показва видимия размер на небето на тези изображения в единици микро-дъгова секунди. Пръст, държан на една ръка разстояние, измерва 1 градус върху небето; една микро-дъгова секунда е 3,6 милиарда пъти по-малка от 1 градус. В контекст изображенията на тези черни дупки имат привиден размер, подобен на този на поничка на повърхността на Луната.). Кредит: EHT Collaboration.

„Чрез изобразяване на поляризирана светлина от светещ горещ газ близо до черни дупки, можем директно да направим извод за структурата и силата на магнитните полета, които направляват потока от газ и материя, който захранва и изхвърля черната дупка“, отбелязва Анджело Рикарт (Angelo Ricarte), сътрудник по координатор на проекта Harvard Black Hole Initiative. „Поляризираната светлина ни дава много информация за астрофизиката, свойствата на газа и механизмите, които работят, когато черна дупка се захранва."

Но изобразяването на черни дупки в поляризирана светлина не е толкова просто като поставянето на чифт поляризирани слънчеви очила – особено със Sgr A*, която се променя много бързо и не остава неподвижна за снимка, така да се каже. Улавянето на тази свръхмасивна черна дупка изисква инструменти, които са по-модерни от тези, използвани за фотографиране на много по-стабилния обект M87*.

Тази схема показва местоположението на зрителното поле, в което се намира Стрелец A* — черната дупка е маркирана с червен кръг в съзвездието Стрелец (Sagittarius). Тази карта показва повечето от звездите, видими с невъоръжено око при добри условия. Кредит: ESO, IAU and Sky & Telescope

„Тъй като Sgr A* се движи, докато се опитваме да направим снимка, бяха нужни много усилия, за да се изгради неполяризирания му образ“, обяснява ученият от проекта EHT Джефри Бауър (Geoffrey Bower) от Института по астрономия и астрофизика в Academia Sinica в Тайван, който подчертава, че тази първа снимка е била средно няколко кадъра поради мобилността на SgrA*. „Изпитахме облекчение, че поляризираното изображение изобщо е възможно. Някои модели бяха твърде разхвърляни и бурни, за да изградят поляризиран образ, но природата бе милостива към нас."

Картата на света показва радиообсерваториите, които са част от мрежата на Event Horizon Telescope (EHT), използвани за изобразяване на централната черна дупка на Млечния път, наречена Стрелец A*. Телескопите, маркирани в жълто, са част от мрежата EHT по време на наблюденията на Стрелец A* през 2017 г. Списъкът включва: Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), Atacama Pathfinder EXperiment (APEX), IRAM 30-метров телескоп, James Clark Maxwell Telescope (JCMT), Large Millimeter Telescope (LMT), Submillimeter Array (SMA), Submillimetere Telescope (SMT) и телескопа на Южния полюс (SPT). Три телескопа (в синьо) бяха добавени към проекта EHT след 2018 г.: Гренландският телескоп, NOrthern Extended Millimeter Array (NOEMA) във Франция и UArizona ARO 12-метров телескоп на Kitt Peak. Кредит: ESO/M. Kornmesser

„С извадка от две черни дупки – с много различни маси и много различни приемащи галактики – важно е да се определи по какво си приличат и различават. Тъй като и двете показват признаци на силни магнитни полета, това може да означава, че това е универсално и може би дори фундаментално свойство на този тип обекти. Възможно съвпадение между тези две черни дупки може да е джет, но макар да сме изобразили много очевидна такава в M87*, все още не сме намерили такава в Sgr A*", посочва Мариафелисия Де Лаурентис (Mariafelicia De Laurentis), учен по проекта на EHT и професор в Университета на Неапол Федерико II, Италия

EHT проведе няколко наблюдения от 2017 г. насам и е планирано да наблюдава отново Sgr A* през април 2024 г. Всяка година изображенията се подобряват, тъй като EHT включва нови телескопи, по-голяма честотна лента и нови честоти за наблюдение. Планираните разширения за следващото десетилетие ще позволят висококачествени филми на Sgr A*, може да разкрият скрита струя и биха могли да позволят на астрономите да наблюдават подобни поляризационни характеристики в други черни дупки. Междувременно разширяването на EHT в космоса би осигурило по-ясни от всякога изображения на черни дупки.

Справка:

The Event Horizon Telescope Collaboration (See the end matter for the full list of authors.)The Event Horizon Telescope Collaboration et al 2024 ApJL 964 L25; DOI 10.3847/2041-8213/ad2df0

The Event Horizon Telescope CollaborationKazunori Akiyama et al 2024 ApJL 964 L26; DOI 10.3847/2041-8213/ad2df1

Източник: Astronomers unveil strong magnetic fields spiraling at the edge of Milky Way’s central black hole, ESO