Анатомія монстрів. Учені розгадали таємницю закручених магнітних полів навколо чорних дір

Що з’ясували вчені про чорні діри?

Пересічній людині складно уявити собі такий масштаб, але надмасивна чорна діра M87, розташована на відстані десь 54 млн світлових років від Землі, має масу, що дорівнює приблизно 6,5 млрд Сонць.

Особливу увагу до неї привернули 2019 року, коли зображення M87, отримане телескопом Event Horizon Telescope, стало першим в історії людства знімком середовища, що оточувало чорну діру.

Через два роки після публікації зображення, 2021 року, команда Event Horizon Telescope опублікувала друге приголомшливе зображення надмасивної чорної діри в M87.

На ньому з більш високою деталізацією було показано поляризоване світло навколо чорної діри. Отримані разом із цим знімком дані також показали напрямок електричних осцилюючих полів і видали перший натяк на те, що магнітні поля навколо M87 є не хаотичними, а сильними і впорядкованими.

Тепер співробітники проєкту Event Horizon Telescope, які створили ці історичні знімки, змоделювали, як електричні поля світла обертаються навколо М87.

Результати дослідження опубліковані в авторитетному виданні The Astrophysical Journal.

Поляризоване світло, хвилі якого коливаються в одній площині, несе інформацію про магнітне поле і частинки, які прискорюються до навколосвітлових швидкостей довкола чорної діри.

Дослідники вдалися до допомоги розташованої на півночі Чилі Атакамської великої міліметрової/субміліметрової антени (ALMA). ALMA — це масив із 66 антен, розташованих у чилійській пустелі, які можуть проникати крізь космічний пил, наприклад, чорні діри, і шукати довші хвилі світла.

Детальний аналіз поляризованого світла навколо М87 за допомогою обладнання ALMA дозволив висунути несподіване припущення.

Вчені вважають, що ці магнітні поля можуть позбавити жахливу чорну діру M87 можливості «живитися», замість цього викидаючи речовину в космос у вигляді паралельних струменів. Причому швидкість руху матерії в цих струменях сягає майже швидкості світла. Світло, що постійно обертається навколо чорних дір, отримало назву кругова поляризація.

Таємниці руху матерії навколо кротячих нір

За словами Ендрю Чейла, фізика з Пристонського університету, співавтора досліджень Event Horizon Telescope, кругову поляризацію на знімках М87 було найважче аналізувати.

Але тепер отримані результати дають змогу вважати, що наша картина сильного магнітного поля, що пронизує гарячий газ, який оточує чорну діру, правильна, констатує Чейл.

Використовуючи комп’ютерне моделювання, вчені припустили, що ці сильні магнітні поля чинять зворотний тиск на матерію, що падає в бік M87.

Магнітні поля також запускають струмені матерії від M87 зі швидкостями, наближеними до швидкості світла, перш ніж матерія пройде крізь горизонт подій чорної діри — точку, в якій ніщо не може залишити чорну діру, навіть світло, — і додадуть до чорних дір уже величезну масу.

До речі, це означає, що вчені (навіть за допомогою найдосконалішого обладнання) не можуть отримати зображення власне чорних дір, оскільки ті не випромінюють світла, але околиці кожної чорної діри світяться випромінюванням, яке можна зафіксувати.

«Безпрецедентні спостереження Event Horizon Telescope дають нам змогу відповісти на давні запитання про те, як чорні діри споживають матерію і запускають реактивні струмені за межі своїх галактик», — пояснює Чейл.

Дослідники Event Horizon Telescope продовжують аналізувати дані в пошуках вагоміших доказів лінійної поляризації.

Виявлене зараз циркулярно поляризоване світло дуже слабке, але останніми роками спостереження ведуться на більшій кількості станцій з поліпшеною чутливістю. Це означає, що тривалий аналіз, ймовірно, надасть нам нові підказки про таємниці навколо M87, вважають автори дослідження.