Анатомия монстров. Ученые разгадали тайну закрученных магнитных полей вокруг черных дыр

Что выяснили ученые о черных дырах?

Обычному человеку сложно представить себе такой масштаб, но сверхмассивная черная дыра M87, расположенная на расстоянии около 54 млн световых лет от Земли, имеет массу, равную примерно 6,5 млрд Солнц.

Особое внимание к ней было привлечено в 2019 году, когда изображение M87, полученное телескопом Event Horizon Telescope, стало первым в истории человечества снимком окружающей черную дыру среды.

Через два года после публикации изображения, в 2021 году, команда Event Horizon Telescope опубликовала второе потрясающее изображение сверхмассивной черной дыры в M87.

На нем с более высокой детализацией был показан поляризованный свет вокруг черной дыры. Полученные вместе с этим снимком данные также показали направление осциллирующих электрических полей и дали первый намек на то, что магнитные поля вокруг M87 являются не хаотичными, а сильными и упорядоченными.

Теперь сотрудники проекта Event Horizon Telescope, создавшие эти исторические снимки, смоделировали, как электрические поля света вращаются вокруг М87.

Результаты исследования опубликованы в авторитетном издании The Astrophysical Journal.

Поляризованный свет, волны которого колеблются в одной плоскости, несет информацию о магнитном поле и частицах, которые ускоряются до околосветовых скоростей вокруг черной дыры.

Исследователи прибегли к помощи расположенной на севере Чили Атакамской большой миллиметровой/субмиллиметровой антенны (ALMA). ALMA — это массив из 66 антенн, расположенных в чилийской пустыне, которые могут проникать сквозь космическую пыль, например, черные дыры, и искать более длинные волны света.

Детальный анализ поляризованного света вокруг М87 с помощью оборудования ALMA позволил выдвинуть неожиданное предположение.

Ученые предполагают, что эти магнитные поля могут лишить чудовищную черную дыру M87 возможности «питаться», вместо этого выбрасывая вещество в космос в виде параллельных струй. Причем, скорость движения материи в этих струях достигает почти что скорости света. Постоянно вращающийся свет вокруг черных дыр получил название круговая поляризация.

Тайны движения материи вокруг кротовых нор

По словам Эндрю Чейла, физика из Пристонского университета, со-автора исследований Event Horizon Telescope, круговую поляризацию на снимках М87 было труднее всего анализировать.

Но теперь полученные результаты позволяют считать, что наша картина сильного магнитного поля, пронизывающего горячий газ, окружающий черную дыру, верна, констатирует Чейл.

Используя компьютерное моделирование, ученые предположили, что эти сильные магнитные поля оказывают обратное давление на материю, падающую в сторону M87.

Магнитные поля также запускают струи материи от M87 со скоростями, близкими к скорости света, прежде чем материя пройдет через горизонт событий черной дыры — точку, в которой ничто не может покинуть черную дыру, даже свет, — и добавят к черным дырам уже огромную массу.

Кстати, это означает, что ученые (даже с помощью самого совершенного оборудования) не могут получить изображение самих черных дыр, поскольку они не излучают свет, но окрестности каждой черной дыры светятся излучением, которое можно засечь.

«Беспрецедентные наблюдения Event Horizon Telescope позволяют нам ответить на давние вопросы о том, как черные дыры потребляют материю и запускают реактивные струи за пределы своих галактик», — поясняет Чейл.

Исследователи Event Horizon Telescope продолжают анализировать данные в поисках более весомых доказательств линейной поляризации.

Обнаруженный сейчас циркулярно поляризованный свет очень слаб, но в последние годы наблюдения ведутся на большем количестве станций и с улучшенной чувствительностью. Это означает, что продолжающийся анализ, вероятно, даст нам новые подсказки о тайнах вокруг M87, считают авторы исследования.