Астрономы из проекта "Телескоп горизонта событий" (EHT) обнаружили сильные магнитные поля, спиралевидно закручивающиеся вокруг сверхмассивной черной дыры в центре Млечного Пути, которая называется Стрелец A* (Sgr A*).

В 2022 году коллаборация EHT опубликовала первое изображение Sgr A*, показав, что она очень похожа на гораздо большую черную дыру в центре галактики Мессье 87 (M87*). Это побудило команду исследовать Sgr A* в поляризованном свете, что помогло им изучить окружающие ее магнитные поля.

Стрелец A* расположена на расстоянии 27 000 световых лет от Земли и имеет массу, примерно в четыре миллиона раз превышающую массу Солнца. "Телескоп горизонта событий" наблюдал черную дыру в апреле 2017 года. Коллаборация EHT использовала эти наблюдения как для оригинального изображения с 2022 года, так и для текущего исследования.

"Сейчас мы видим, что вблизи черной дыры в центре галактики Млечный Путь существуют сильные, скрученные и организованные магнитные поля", - сказала Сара Иссаун из Центра астрофизики Гарвардского и Смитсоновского институтов в Кембридже, штат Массачусетс. "Наряду с тем, что Sgr A* имеет удивительно подобную структуру поляризации к той, что наблюдается в гораздо большей и более мощной черной дыре M87*, мы узнали, что сильные и упорядоченные магнитные поля имеют решающее значение для того, как черные дыры взаимодействуют с газом и веществом вокруг них".

Из-за своего расстояния, изучение Стрельца A* требует больше, чем обычный телескоп. "Телескоп горизонта событий" - это глобальное сотрудничество радиотелескопов, объединенных вместе, чтобы работать в унисон для изучения черных дыр. Это сотрудничество фактически создает виртуальный телескоп размером с Землю, который позволяет астрономам непосредственно наблюдать черные дыры и их окружение.

Даже с помощью EHT изучать черные дыры трудно. Плазма, окружающая Sgr A*, вращается вокруг черной дыры всего за несколько минут, а это означает, что астрономы не смогут получить четкое изображение, если не найдут способ компенсировать это вращение. Чтобы создать первое изображение с 2022 года, астрономам пришлось создать в среднем тысячи других изображений, которые бы точно соответствовали наблюдениям EHT.

Более того, сигнал нарушается межзвездной плазмой между Землей и черной дырой, что делает его еще более сложным для изучения, особенно в поляризованном свете.

"Поскольку Sgr A* движется, пока мы пытаемся ее сфотографировать, было трудно построить даже неполяризованное изображение", - говорит Джеффри Бауэр из Института астрономии и астрофизики Академии Синика, Тайвань. "Мы почувствовали облегчение от того, что поляризованное изображение стало возможным. Некоторые модели были слишком сложными и турбулентными, чтобы построить поляризованное изображение, но природа не была такой жестокой".

Как и изображение 2022 года, это изображение Стрельца A* сгенерировано на основе усреднения нескольких наборов данных, полученных во время наблюдений EHT различными методами. Чтобы создать окончательный его вид, астрономы обработали изображение, чтобы подчеркнуть регионы с сильной поляризацией, и наложили его поверх изображения с 2022 года.

Как поляризованный свет помогает астрономам изучать магнитные поля?

Когда свет излучается в горячих, намагниченных областях космоса, он становится поляризованным в направлении, перпендикулярном к силовым линиям магнитного поля. Так происходит в горячей плазме, окружающей черную дыру. Это делает поляризованный свет особенно полезным для астрономов, интересующихся магнитными полями.

"Изображая поляризованный свет от горячего газа, светящегося вблизи черных дыр, мы делаем прямые выводы о структуре и силе магнитных полей, которые управляют потоками газа и материи, которыми питается и выбрасывает черная дыра", - говорит сотрудник Гарвардской инициативы по изучению черных дыр Анджело Рикарте. "Поляризованный свет учит нас гораздо больше об астрофизике, свойствах газа и механизмах, которые происходят в процессе питания черной дыры".

Новые изображения показывают еще больше сходства между Sgr A* и M87*, чем предыдущие. Предыдущее исследование M87* показало, что черная дыра выпускает струи вещества в космос, и нынешние результаты свидетельствуют, что то же самое может происходить и в Sgr A*. Более того, в сходстве есть то, что некоторые процессы являются сходными для всех черных дыр, независимо от различий в массе и размерах.

"Тот факт, что структура магнитного поля M87* настолько похожа на структуру магнитного поля Sgr A*, является важным, поскольку он свидетельствует о том, что физические процессы, которые управляют тем, как черная дыра питается и запускает струю, могут быть универсальными среди сверхмассивных черных дыр, несмотря на различия в массе, размерах и окружающей среде", - сказала Мария Фелиция Де Лаурентис из Неаполитанского университета Федерико II, Италия. "Этот результат позволяет нам усовершенствовать наши теоретические модели и симуляции, улучшая наше понимание того, как материя подвергается воздействию вблизи горизонта событий черной дыры".

В апреле 2024 года "Телескоп горизонта событий" планирует снова наблюдать за Стрельцом A*, но на этот раз в наблюдениях примет участие больше телескопов. Это позволит астрономам наблюдать черную дыру на большей частоте.

О результатах исследования коллаборации EHT сообщается в двух статьях, опубликованных 27 марта в журнале The Astrophysical Journal Letters: