Коллаборация Event Horizon Telescope (EHT), которая получила первое изображение черной дыры, сегодня показала новый вид массивного объекта в центре галактики Мессье 87 (M87): как он выглядит в поляризованном свете. Это первый раз, когда астрономы смогли измерить поляризацию, сигнатуру магнитных полей, так близко к краю черной дыры. Наблюдения являются ключом к объяснению того, как галактика M87, расположенная на расстоянии 55 миллионов световых лет от нас, может запускать из своего ядра энергетические струи.

Моника Мосцибродзка, координатор рабочей группы по поляриметрии EHT и доцент Университета Радбауд в Нидерландах, говорит

Сейчас мы видим следующее важное свидетельство, позволяющее понять, как магнитные поля ведут себя вокруг черных дыр и как активность в этой очень компактной области космоса может приводить в движение мощные струи, которые простираются далеко за пределы галактики.

10 апреля 2019 года ученые опубликовали первое в истории изображение черной дыры, на котором была обнаружена яркая кольцевая структура с темной центральной областью — тенью черной дыры. С тех пор коллаборация EHT глубже изучила данные о сверхмассивном объекте в сердце галактики M87, собранные в 2017 году. Они обнаружили, что значительная часть света вокруг черной дыры M87 поляризована.

Эта работа является важной вехой: поляризация света несет информацию, которая позволяет нам лучше понять физику изображения, которое мы видели в апреле 2019 года, что было невозможно раньше. Получение этого нового изображения в поляризованном свете потребовало многих лет работы из-за сложных методов, связанных с получением и анализом данных.

На этом составном изображении показаны три изображения центральной области галактики Мессье 87 (M87) в поляризованном свете и одно изображение в видимой длине волны, сделанное с помощью космического телескопа Hubble. 

Одно из изображений представленных выше в поляризованном свете, полученное с помощью расположенной в Чили большой миллиметровой/субмиллиметровой матрицы (ALMA) в Атакаме, партнером которой является ESO, показывает часть струи в поляризованном свете. На этом изображении запечатлена часть джета размером 6000 световых лет, расположенная ближе к центру галактики. Другие изображения в поляризованном свете увеличиваются ближе к сверхмассивной черной дыре: средний вид покрывает область размером около одного светового года и был получен с помощью системы очень длинных базовых линий (VLBA) Национальной радиоастрономической обсерватории в США.

Самый крупный вид был получен путем соединения восьми телескопов по всему миру для создания виртуального телескопа размером с Землю, Event Horizon Telescope или EHT. Это позволяет астрономам очень близко видеть сверхмассивную черную дыру, в том месте, где запускаются струи.

Свет становится поляризованным, когда он проходит через определенные фильтры, такие как линзы поляризованных солнцезащитных очков, или когда он излучается в горячих областях космоса, где присутствуют магнитные поля. Точно так же, как поляризованные солнцезащитные очки помогают нам лучше видеть, уменьшая отражения и блики от ярких поверхностей, астрономы могут улучшить свой обзор области вокруг черной дыры, глядя на то, как поляризован исходящий от нее свет. В частности, поляризация позволяет астрономам наносить на карту силовые линии магнитного поля, присутствующие на внутреннем крае черной дыры.

На этом изображении показан джет в галактике Мессье 87 (M87) в поляризованном свете.

Яркие струи энергии и вещества, выходящие из ядра M87 и простирающиеся не менее чем на 5000 световых лет от его центра, являются одной из самых загадочных и энергетических особенностей галактики. Большая часть материи, расположенной близко к краю черной дыры, падает внутрь. Однако некоторые из окружающих частиц вылетают за несколько мгновений до захвата и уносятся далеко в космос в виде струй.

Чтобы лучше понять этот процесс, астрономы использовали различные модели поведения вещества вблизи черной дыры. Но они до сих пор не знают, как именно из ее центральной области, сопоставимой по размеру с Солнечной системой, запускаются струи размером больше галактики, и как именно вещество попадает в черную дыру. С новым EHT-изображением черной дыры и ее тени в поляризованном свете астрономам впервые удалось заглянуть в область за пределами черной дыры, где происходит взаимодействие между втекающей и изгнанной материей.

Видимая здесь тень черной дыры - это самое близкое, что мы можем приблизиться к изображению самой черной дыры, полностью темного объекта, из которого не может выйти свет.

Наблюдения предоставляют новую информацию о структуре магнитных полей за пределами черной дыры. Команда обнаружила, что только теоретические модели с сильно намагниченным газом могут объяснить то, что они видят на горизонте событий.

Полученные данные показывают, что магнитные поля на краю черной дыры достаточно сильны, чтобы отталкивать горячий газ и помогать ему противостоять гравитации. Только газ, который проходит через месторождение, может двигаться по спирали внутрь к горизонту событий.

Чтобы наблюдать за сердцем галактики M87, коллаборация объединила восемь телескопов по всему миру, включая базирующуюся в северной Чили Атакамскую Большую миллиметровую / субмиллиметровую решетку ( ALMA ) и эксперимент Atacama Pathfinder EXperiment (APEX), в котором работает южная европейская обсерватория ( ESO ) является партнером по созданию виртуального телескопа размером с Землю EHT. Впечатляющее разрешение, полученное с помощью EHT, эквивалентно разрешению, необходимому для измерения длины кредитной карты на поверхности Луны.

Данные ALMA также имели решающее значение для калибровки, визуализации и интерпретации наблюдений EHT, обеспечивая жесткие ограничения на теоретические модели, объясняющие, как материя ведет себя вблизи горизонта событий черной дыры.

Установка EHT позволила команде непосредственно наблюдать тень черной дыры и световое кольцо вокруг нее, а новое изображение в поляризованном свете ясно показывает, что кольцо намагничено. Результаты опубликованы в двух отдельных статьях в The Astrophysical Journal Letters коллаборацией EHT. В исследовании приняли участие более 300 исследователей из различных организаций и университетов со всего мира.