Астрономы поделились первым снимком черной дыры в поляризованном свете

10 апреля 2019 года астрономы опубликовали первый в истории снимок сверхмассивной черной дыры, запечатлевший яркое кольцо света с темным участком в центре — тенью черной дыры. С тех пор команда проекта «Телескоп горизонта событий» (Event Horizon Telescope, EHT) глубже изучила данные, которые использовала для получения первого изображения, и обнаружила, что немалая часть света вокруг черной дыры поляризована, что позволило больше узнать о ее магнитном поле.

Доктор Зири Юнси, один из авторов нового исследования, сказал MailOnline, что в первом случае они рассматривали видимый свет и его интенсивность, но на этот раз ученые обратили внимание на поляризацию этого света.

Свет становится поляризованным, когда проходит через некоторые фильтры, например, линзы поляризованных солнцезащитных очков, или когда его излучение происходит в горячей среде космоса, где присутствуют магнитные поля. И точно так же, как солнцезащитные очки помогают нам лучше видеть, устраняя яркие блики и отражения, так же и астрономы могут лучше изучить область вокруг черной дыры, проследив за тем, как поляризуется исходящий от нее свет. В частности, благодаря поляризации астрономы смогли нанести на карту линии магнитного поля, которое на снимке можно разглядеть на внутреннем крае черной дыры.

«Недавно опубликованные поляризованные изображения являются ключом к пониманию того, как магнитное поле позволяет черной дыре «поедать» материю и испускать мощные [релятивистские] струи», — сказал Эндрю Чейл, участник программы NASA Hubble Fellowship.

Яркие струи энергии и материи, вырывающиеся из M87 и простирающиеся не менее чем на 5000 световых лет от ее центра — пожалуй, самая загадочная особенность этой галактики. Большая часть материи, оказавшейся рядом с краем черной дыры, падает внутрь. Однако некоторые из этих частиц вылетают всего за несколько мгновений до падения и уносятся далеко в космос в виде струй. Чтобы лучше понять этот процесс, астрономы воссоздали различные модели поведения вещества вблизи черной дыры. Но они до сих пор не знают, как именно из ее центра, который по размеру сопоставим с Солнечной системой, выходят струи размером больше галактики, и как именно материя попадает в черную дыру. С новым изображением черной дыры и ее тени в поляризованном свете астрономам впервые удалось заглянуть в область за ее пределами, где происходит это взаимодействие между поглощаемой и исторгаемой материей.

Яркие струи энергии и материи, вырывающиеся из M87 и простирающиеся не менее чем на 5000 световых лет от ее центра — пожалуй, самая загадочная особенность этой галактики. Большая часть материи, оказавшейся рядом с краем черной дыры, падает внутрь. Однако некоторые из этих частиц вылетают всего за несколько мгновений до падения и уносятся далеко в космос в виде струй. Чтобы лучше понять этот процесс, астрономы воссоздали различные модели поведения вещества вблизи черной дыры. Но они до сих пор не знают, как именно из ее центра, который по размеру сопоставим с Солнечной системой, выходят струи размером больше галактики, и как именно материя попадает в черную дыру. С новым изображением черной дыры и ее тени в поляризованном свете астрономам впервые удалось заглянуть в область за ее пределами, где происходит это взаимодействие между поглощаемой и исторгаемой материей.

Пожалуй, самый важный результат этого исследования — это более глубокое понимание того, как устроено магнитное поле, окружающее черную дыру. В частности, ученые узнали, что магнитное поле использует энергию, полученную от вращения черной дыры, и питает струи, выстреливающие из ее центра.

«Струи связаны с черной дырой, а магнитное поле контролирует движение материи, — объяснил Юнси в интервью для MailOnline. — Раньше мы понятия не имели, были лишь догадки, но теперь у нас есть очень веские доказательства того, как организовано магнитное поле, и оно действительно организовано, очень структурировано, что удивительно».

«Мы начинаем гораздо лучше понимать, как черные дыры возвращают энергию во Вселенную. Мы привыкли считать их всасывающими объектами, но на самом деле они участвую в возвращении энергии», — сказал Юнси.

«Наблюдения показали, что магнитные поля на краю черной дыры достаточно сильны, чтобы отталкивать горячий газ и помогать ему противостоять гравитации. Только тот газ, который пропустит поле, может закрутиться к горизонту событий", — объяснил доцент Колорадского университета Джейсон Декстер.

Чтобы получить эти данные, потребовалась совместная работа нескольких телескопов со всего мира, включая Atacama Large Millimeter Array (ALMA) и Atacama Pathfinder Experiment (APEX). Объединив их в рамках проекта EHT, ученые получили виртуальный телескоп размером с Землю с разрешением, эквивалентным тому, которое понадобилось бы, чтобы измерить кредитку на поверхности Луны.

Это позволило ученым EHT рассмотреть тень черной дыры и световое кольцо вокруг нее, а новое изображение в поляризованном свете ясно дало понять, что кольцо намагничено. Линии в нижней части кольца указывают на то, что кольцо вращается, и притом против часов стрелки. Юнси сообщил, что это материя вращается вокруг черной дыры. Материя излучает свет во время «смертельного броска», когда пересекает горизонт событий. Часть попадает внутрь, а часть выходит на орбиту вокруг дыры и выглядит как кольца.

Результаты опубликованы в двух отдельных статьях в The Astrophysical Journal Letters.

Следующим крупным проектом команды Event Horizon Telescope станет публикация изображения черной дыры в центре Галактики Млечный Путь  — Стрельца A *, — которая в 1000 раз ближе и в 1000 раз меньше черной дыры в M87, которая находится на расстоянии 55 миллионов световых лет от Земли. Сфотографировать ее будет гораздо сложнее, поскольку за счет меньшего размера эта черная дыра двигается гораздо быстрее.