Нове зображення, отримане за допомогою Телескопа горизонту подій (Event Horizon Telescope, EHT), дало змогу виявити сильні та впорядковані магнітні поля, що виходять по спіралі від краю надмасивної чорної діри Стрілець A* (Sgr A*). На новій світлині «монстра», що ховається в серці галактики Молочний Шлях, якого вперше спостерігали у поляризованому світлі, науковці побачили структуру магнітного поля, разюче схожу на аналогічну структуру в чорної діри у центрі галактики M87. Це свідчить про те, що наявність сильного магнітного поля може бути спільною ознакою всіх чорних дір. Виявлена схожість також натякає на існування невидимого струменя (джета) в Sgr A*. Результати дослідження оприлюднені в The Astrophysical Journal Letters.
Колаборація «Телескоп горизонту подій» (Event Horizon Telescope, EHT), яка створила перше в історії зображення чорної діри в центрі Молочного Шляху (оприлюднене у 2022 році), зафіксувала новий погляд на цей масивний об’єкт: його вигляд у поляризованому світлі. Вперше астрономи змогли виміряти поляризацію, сигнал магнітних полів, так близько до Стрільця A*. На цій світлині показано вигляд чорної діри Молочного Шляху в поляризованому світлі. Лінії, накладені на це зображення, позначають орієнтацію поляризації, яка пов’язана з магнітним полем навколо тіні чорної діри. Авторські права на зображення: Колаборація EHT. Фото з сайту www.eso.org.
У 2022 р. вчені оприлюднили перше зображення Sgr A* на прес-конференціях, що відбулися в різних куточках світу, зокрема в Європейській південній обсерваторії (European Southern Observatory, ESO). Надмасивна чорна діра Молочного Шляху, яка міститься на відстані приблизно 27 000 світлових років від Землі, у понад тисячу разів менша й не така масивна, як M87 — перша в історії чорна діра, зображення якої вдалося отримати. Але спостереження показали, що вони надзвичайно схожі. Це змусило науковців задуматися, чи є у них спільні риси, крім зовнішнього вигляду. Щоб з’ясувати це, наукова група вирішила вивчити Sgr A* у поляризованому світлі. Попередні дослідження світла навколо чорної діри M87 (M87*) показали, що магнітні поля навколо неї уможливили появу потужних струменів речовини від чорної діри назад у навколишнє середовище. Зважаючи на це, виникло припущення, що те ж саме може бути і для Sgr A*.
На цій мапі показано ділянку небесної сфери, де лежить Стрілець A* — чорну діру позначено червоним колом у сузір’ї Стрільця. На мапі наведено більшість зір, видимих неозброєним оком за хороших умов. Авторські права на зображення: ESO, IAU та Sky & Telescope. Фото з сайту www.eso.org.
«Те, що ми зараз бачимо, полягає в тому, що біля чорної діри в центрі галактики Молочний Шлях існують сильні, закручені й упорядковані магнітні поля», — сказала Сара Іссаун (Sara Issaoun), стипендіат програми NASA Hubble Fellowship Einstein у Гарвард-Смітсонівському центрі астрофізики (США) та співкерівник проєкту. «Окрім того, що Sgr A* має разюче подібну поляризаційну структуру до тієї, яку спостерігали в набагато більшій і потужнішій чорній дірі M87*, ми дізналися, що сильні та впорядковані магнітні поля мають вирішальне значення для того, як чорні діри взаємодіють з навколишнім газом і речовиною».
Зображення надмасивних чорних дір M87* і Стрілець A* у поляризованому світлі вказує вченим на те, що ці «звірі» мають схожу структуру магнітного поля. Це важливо, оскільки свідчить про те, що фізичні процеси, які керують тим, як чорна діра поглинає речовину і викидає струмінь (джет), можуть бути універсальними особливостями надмасивних чорних дір. Видимий розмір цих об’єктів на небі показано в одиницях мікрокутових секунд. Палець на відстані витягнутої руки покриває 1 кутовий градус на небі; мікрокутова секунда в 3,6 мільярда разів менша за це. Авторські права на зображення: Колаборація EHT. Фото з сайту www.eso.org.
Світло — це рухома і коливальна електромагнітна хвиля, яка дає нам змогу бачити об’єкти. Іноді світло коливається в зручній для науковців орієнтації, і ми називаємо його «поляризованим». Хоча поляризоване світло оточує нас, людське око не відрізняє його від «нормального» світла. У плазмі, що є довкола цих чорних дір, частинки, які обертаються навколо силових ліній магнітного поля, формують поляризацію, перпендикулярну до поля. Це дає змогу астрономам краще бачити околиці чорних дір і наносити на мапу лінії магнітного поля цих ділянок.
«Реєструючи поляризоване світло від гарячого газу, що світиться поблизу чорних дір, ми можемо робити прямий висновок про структуру та силу магнітних полів. Саме вони об’єднують потік газу та матерії, які чорна діра споживає та викидає», — сказав співробітник Гарвардської ініціативи «Чорна діра» та співкерівник проєкту Анджело Рікарт (Angelo Ricarte). «Поляризоване світло дає нам змогу дізнаватися набагато більше про астрофізику, властивості газу та механізми, які відбуваються під час живлення чорної діри».
Але зобразити чорні діри в поляризованому світлі не так просто, як начепити поляризовані сонцезахисні окуляри, і це особливо правильно для Sgr A*, яка змінюється так швидко, що не може «зупинитися для фотографування». Щоб отримати зображення надмасивної чорної діри, потрібні складніші інструменти, крім тих, які раніше науковці використовували для фільмування M87*, набагато більш стійкої цілі. Науковий співробітник проєкту EHT Джеффрі Бауер (Geoffrey Bower) з Інституту астрономії та астрофізики Академії Сініка (Тайбей), сказав: «Оскільки Sgr A* рухається, поки ми намагаємося зробити її знімок, було важко побудувати навіть неполяризоване зображення». Він додав, що «перше зображення було середнім з кількох зображень через рух Sgr A*». «Ми відчули полегшення від того, що поляризоване зображення взагалі стало можливим. Деякі моделі були занадто заплутаними та активними, щоб побудувати поляризоване зображення, але природа виявилася не такою жорстокою».
Маріафелісія Де Лаурентіс (Mariafelicia De Laurentis), заступник наукового співробітника проєкту EHT і професор Неапольського університету імені Федеріко II (Італія), сказала: «Маючи вибірку з двох чорних дір — з дуже різними масами та дуже різними галактиками — важливо визначити, у чому вони схожі, а в чому — ні. Оскільки обидва результати вказують на сильні магнітні поля, можна припустити, що це може бути універсальною і, можливо, фундаментальною особливістю таких систем. Однією зі подібностей між цими двома чорними дірами може бути швидкий струмінь. Але хоча ми дуже очевидно виявили його в M87*, ми ще не знайшли його в Sgr A*.»
Мапа світу, на якій показано радіообсерваторії, що утворюють мережу Event Horizon Telescope (EHT). Її було використано для отримання зображення чорної діри (Стрілець A*) в центрі Молочного Шляху. Телескопи, виділені жовтим кольором, були частиною мережі EHT під час спостережень за Стрільцем A* у 2017 році. Серед них Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), Atacama Pathfinder EXperiment (APEX), 30-метровий телескоп IRAM, Телескоп Джеймса Кларка Максвелла (James Clark Maxwell Telescope, JCMT), Великий міліметровий телескоп (Large Millimeter Telescope, LMT), Субміліметровий масив антен (Submillimeter Array, SMA), Субміліметровий телескоп (Submillimetere Telescope, SMT) і Телескоп Південного полюса (South Pole Telescope, SPT). Синім кольором виділено три телескопи, додані до колаборації EHT після 2018 року: Гренландський телескоп, NOrthern Extended Millimeter Array (NOEMA) у Франції та 12-метровий телескоп UArizona ARO на Кітт-Пік. Авторські права на зображення: ESO/M. Kornmesser. Фото з сайту www.eso.org.
Для спостережень Sgr A* колаборація науковців об’єднала вісім телескопів по всьому світу, щоб створити віртуальний телескоп розміром із Землю. Велика міліметрова/субміліметрова антена Атакама (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, ALMA), партнером якої є ESO, і Atacama Pathfinder Experiment (APEX), що розміщені на майданчику ESO на півночі Чилі, були частиною мережі, яка виконувала спостереження, що відбулися в 2017 році.
«Як найбільший і найпотужніший із телескопів EHT, ALMA відіграла головну роль у створенні цього зображення, — сказала Марія Діас Тріґо (María Díaz Trigo) з ESO, науковий співробітник європейської програми ALMA. — Зараз ALMA планує «екстремальне оновлення» — розширення широкосмугової чутливості, яке зробить її ще більш чутливою і збереже основоположним гравцем у майбутніх EHT-спостереженнях Sgr A* та інших чорних дір.»
З 2017 р. «Телескоп горизонту подій» виконав кілька спостережень і планує знову спостерігати Sgr A* у квітні 2024 року. Щороку зображення покращуються, оскільки EHT поповнюється новими телескопами, отримує більшу смугу пропускання та нові частоти спостереження. Заплановане розширення в наступному десятилітті дасть змогу створювати високоякісні відео про Sgr A*. Завдяки цьому, можливо, вдасться виявити прихований струмінь і астрономи зможуть спостерігати схожі характеристики поляризації в інших чорних дір. Тим часом вихід EHT у космос (розміщення у космічному просторі радіотелескопа, що працюватиме у складі EHT — Ред.) забезпечить отримання чіткіших зображень чорних дір, ніж будь-коли раніше.
За інф. з сайту www.eso.org підготував Іван Крячко
