Ученые впервые получили изображение магнитного поля черной дыры

Когда в апреле 2019 года коллаборация Event Horizon Telescope показала миру первое изображение черной дыры, это вызвало большое волнение. Эта сверхмассивная черная дыра, которая весит в 6,5 миллиона раз больше массы нашего Солнца, расположена в галактике Мессье 87, или M87, на расстоянии 55 миллионов световых лет от Земли. Это было первое прямое доказательство существования черных дыр. Это также предоставило экстраординарную проверку теории гравитации Эйнштейна и лежащих в ее основе представлений о пространстве и времени – исследование гравитации в ее самых крайних пределах. Но мы до сих пор мало что знаем об этих монстрах.

Фото: https://zagge.ru/

Теперь, спустя почти два года после этого исторического достижения, исследователи обнародовали новое изображение M87, используя другую технику. Это исследование, опубликованное в двух новых статьях в The Astrophysical Journal Letters, дает важное понимание загадочной природы черных дыр. Правда, из-за удаленности получить изображение этого «чудовища» чрезвычайно сложно. Требуется достаточно резкое разрешение, чтобы сфокусироваться на поверхности Луны или иметь возможность видеть отдельные атомы в собственном пальце. Телескоп справился с этим благодаря беспрецедентному сотрудничеству ученых со всего мира, объединив вместе восемь наземных радиотелескопов и превратив Землю в один гигантский виртуальный радиотелескоп.

Черные дыры, пожалуй, самые загадочные объекты в природе, являющиеся источником самых энергичных и ненаблюдаемых явлений в нашей Вселенной. Из-за их горизонта событий – границы, за которой ничто, даже свет, не может вырваться – мы не можем видеть черную дыру напрямую. Но материя, которая падает в сторону черной дыры, притягивается ее огромной гравитационной силой и становится чрезвычайно горячей и светящейся. По мере приближения к горизонту событий эта материя перегревается от трения и движется со скоростью, близкой к скорости света, испуская большое количество излучения. Телескоп предназначен для обнаружения именно излучения в виде радиоволн, создаваемых этим газом за мгновение до пересечения горизонта событий.

Новое изображение

Изображение черной дыры M87 убедительно подтвердило идею о том, что сверхмассивные черные дыры скрываются в сердцах большинства (если не всех) галактик. Они – клей, скрепляющий галактики и управляющий их динамикой и эволюцией. Но как именно они действуют, неясно.

В новом изображении используется поляризованный свет – световые волны, колеблющиеся только в одном направлении – производимый материей на краю черной дыры. Неполяризованный свет состоит из световых волн, колеблющихся в разных направлениях. Свет может поляризоваться, если он движется через сверхгорячие области космоса, которые сильно намагничены. Сильные магнитные поля вокруг черной дыры являются такими областями, и, изучая свойства этого поляризованного света, мы можем узнать гораздо больше о материи, которая его породила.

Фото: https://ru.tradingview.com/

Новое поляризованное изображение дает новые убедительные доказательства того, как сильные магнитные поля вокруг черных дыр могут запускать и поддерживать концентрированные струи заряженного газа на протяжении тысяч световых лет. Теперь ученые думают, что такие высокоэнергетические и яркие струи, выбрасывающие огромное количество вещества в межгалактическую среду, связаны с черными дырами через эти сильные магнитные поля.

Астрономы использовали разные модели, чтобы объяснить, как материя ведет себя рядом с черной дырой, и чтобы лучше понять процесс образования струй. Но они до сих пор не знают точно, как струи, большие, чем сама галактика, могут запускаться из ее центральной области, и как именно материя падает в черную дыру. Теперь исследователи обнаружили, что только теоретические модели с сильно намагниченной материей могут объяснить то, что видится на горизонте событий.

Наблюдения астрономов предоставляют новую подробную информацию о структуре магнитных полей за пределами черной дыры. Это не только приближает их на шаг ближе к пониманию того, как создаются эти загадочные и мощные струи, но и объясняет, как сверхгорячая материя может скрываться за пределами черной дыры, сопротивляясь ее гравитации. Исследования также показывают, что магнитные поля достаточно сильны, чтобы отталкивать горячий газ и помогать ему противостоять гравитации. Только газ, проскальзывающий через месторождение, может начать течь внутрь к горизонту событий.

Какими бы захватывающими ни были эти новые поляризованные изображения черной дыры M87, это все еще только начало сотрудничества с телескопом Event Horizon и науки о создании изображений черной дыры. Ученые уже работают над тем, как будет выглядеть изображение черной дыры в центре нашей Галактики. Это Стрелец A * или Sgr A *, сверхмассивная черная дыра нашей галактики. По сравнению с M87, получить это новое изображение намного сложнее. Астрономы смотрят на черную дыру через размытую турбулентную межзвездную среду – на пути много пыли и газа, что значительно затрудняет получение четкого снимка. В ближайшие годы к массиву телескопов Event Horizon будут добавлены новые телескопы как на Земле, так и, в конечном итоге, даже в космосе, обещая все более четкие изображения черных дыр и обеспечивая более глубокое понимание этих загадочных сущностей.

Фото: https://www.bbc.com/

Впереди еще много сюрпризов. Это захватывающая новая эра в исследовании человечеством сильной гравитации и природы пространства и времени, и, несомненно, лучшее еще впереди.