Astronomowie wykonali pierwszy widok światła spolaryzowanego i pól magnetycznych otaczających Sagittarius A* (Sgr A*), supermasywną czarną dziurę w sercu szlaku Milli.
Historyczne obserwacje wykonane za pomocą Teleskopu Horyzontu Zdarzeń (EHT) ujawniły, że precyzyjnie rozmieszczone pola magnetyczne są podobne do tych otaczających supermasywną czarną dziurę w sercu galaktyki M87. Jest to zaskakujące, biorąc pod uwagę, że masa Sgr A* jest około 4,3 miliona razy większa od masy Słońca, ale M87* jest znacznie bardziej potworna, a jej masa odpowiada około 6,5 miliarda Słońc.
Zatem nowa obserwacja Sagittarius A* za pomocą EHT sugeruje, że silne, dobrze zorganizowane pola magnetyczne mogą być wspólne dla wszystkich czarnych dziur. Ponadto, ponieważ pola magnetyczne M87* powodują silne wypływy, czyli „strumień”, wyniki sugerują, że Sagittarius A* mógł mieć własne ukryte, słabe dżety.
Powiązany: Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba odkrył „ekstremalnie czerwoną” supermasywną czarną dziurę rosnącą we wczesnym wszechświecie
„Nowe zdjęcie czarnej dziury w centrum naszej galaktyki Drogi Mlecznej, Sgr A*, mówi nam, że w pobliżu czarnej dziury istnieją silne, skręcone, regularne pola magnetyczne” – powiedziała Sarah Isson, zastępca kierownika badań w ramach stypendium Hubble'a NASA Program. „Przez jakiś czas uważaliśmy, że pola magnetyczne odgrywają kluczową rolę w tym, jak czarne dziury zasilają i wyrzucają materię w potężnych dżetach” – powiedział Space.com pracownik Einsteina z Centrum Astrofizyki (CfI) na Harvardzie i Smithsonian.
„To nowe zdjęcie, wraz z uderzająco podobną strukturą polaryzacji obserwowaną w większej i potężniejszej czarnej dziurze M87*, pokazuje, że silne, uporządkowane pola magnetyczne są niezbędne do interakcji czarnych dziur z gazem i otaczającą je materią”.
Porównanie magnetyzmu dwóch gigantycznych czarnych dziur
EHT składa się z kilku teleskopów na całym świecie, w tym Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), które tworzą teleskop wielkości Ziemi i nie jest mu obce tworzenie historii nauki.
W 2017 roku teleskop EHT wykonał pierwsze zdjęcie czarnej dziury i jej otoczenia, obrazując M87* znajdującą się około 53,5 miliona lat świetlnych od Ziemi. Dwa lata po udostępnieniu tego zdjęcia opinii publicznej w 2019 r. w ramach współpracy EHT po raz kolejny udało się uzyskać pierwsze spojrzenie na spolaryzowane światło wokół czarnej dziury M87*.
Polaryzacja występuje, gdy fale świetlne są skierowane pod określonym kątem. Pola magnetyczne generowane przez owijanie się plazmy wokół czarnych dziur polaryzują światło pod kątem 90 stopni w stosunku do nich. Oznacza to, że obserwacja polaryzacji wokół M87* pozwoliła naukowcom po raz pierwszy „zobaczyć” pola magnetyczne wokół czarnej dziury.
Następnie w 2022 roku odkryto, że EHT sfotografował również supermasywną czarną dziurę znacznie bliżej Ziemi, w odległości zaledwie 27 000 lat świetlnych, Sgr A*, czarną dziurę, wokół której wyrzeźbiona jest Droga Mleczna.
Teraz EHT w końcu dostarczył naukowcom obraz światła spolaryzowanego, a tym samym pól magnetycznych otaczających tę supermasywną czarną dziurę.
„Światło spolaryzowane uczy nas o polach magnetycznych, właściwościach gazu i mechanizmach zachodzących podczas zasilania czarnej dziury” – powiedział Isson. „Biorąc pod uwagę dodatkowe wyzwania związane z obrazem Sgr A*, naprawdę zaskakujące jest to, że udało nam się w ogóle uzyskać obraz polarymetryczny!”
Wyzwania te pojawiają się pomimo tego, że Sagittarius A* znajduje się bliżej Ziemi, ponieważ mniejszy rozmiar supermasywnej czarnej dziury w Drodze Mlecznej oznacza, że trudno jest sfotografować materię krążącą wokół niej z prędkością bliską prędkości światła. M87* jest znacznie większa, co oznacza, że materiał poruszając się z mniej więcej tą samą prędkością, potrzebuje znacznie więcej czasu na zamknięcie obwodu, co ułatwia EHT uchwycenie go.
Przezwyciężenie tych trudności oznacza, że obecnie możliwe jest porównanie dwóch czarnych dziur znajdujących się na przeciwległych końcach widma supermasywnej czarnej dziury, o masie miliarda mas Słońca i drugiej miliony mas naszej gwiazdy. Wstępny wniosek jest taki, że te pola magnetyczne są do siebie niezwykle podobne.
„To podobieństwo było szczególnie zaskakujące, ponieważ M87* i Sgr A* to dwie zupełnie różne czarne dziury” – powiedział Isson. „M87* to dość szczególna czarna dziura: ma masę 6 miliardów mas Słońca, żyje w gigantycznej galaktyce eliptycznej i emituje potężny strumień plazmy, który można zobaczyć na wszystkich długościach fal.
„Z drugiej strony Sgr A* jest bardzo powszechny: ma masę 4 milionów mas Słońca, żyje w naszej regularnej galaktyce spiralnej, Drodze Mlecznej, i wydaje się, że w ogóle nie ma przepływu”.
Isson wyjaśnił, że patrząc na część światła spolaryzowanego, zespół spodziewał się poznać różne właściwości pól magnetycznych M87* i Sgr A*.
Issoun dodał: „Być może jeden z nich jest bardziej zorganizowany i silny, a drugi jest bardziej burzliwy i słaby”. „Jednak ponieważ znów wyglądają podobnie, jest teraz całkiem jasne, że te dwie różne klasy czarnych dziur mają bardzo podobną geometrię pola magnetycznego!”
Wyniki sugerują, że głębsze badania Sgr A* mogą ujawnić nieodkryte dotąd cechy.
Czy supermasywna czarna dziura Drogi Mlecznej emituje niewidzialny dżet?
Polaryzacja światła oraz eleganckie i potężne pola magnetyczne Sagittarius A*, a także fakt, że wygląda ona tak podobnie do M87*, mogą wskazywać, że nasza centralna czarna dziura skrywała przed nami do tej pory tajemnicę.
„Spodziewamy się, że silne i uporządkowane pola magnetyczne są bezpośrednio powiązane ze startami samolotów, co zaobserwowaliśmy w M87*” – wyjaśnił Issoun. „Ponieważ Sgr A*, w przypadku którego nie zaobserwowano żadnych samolotów, wydaje się mieć bardzo podobną geometrię, być może w Sgr A* czai się również samolot, który czeka na obserwację, co byłoby bardzo ekscytujące!”
Astronomowie nie byli zbyt zaskoczeni, że nie zobaczyli dżetu Sgr A*. Dzieje się tak dlatego, że M87* jest otoczona tak dużą ilością gazu i pyłu, że co roku pochłania równowartość dwóch lub trzech słońc. Oznacza to, że istnieje dużo materiału, którego pola magnetyczne mogą skierować go na bieguny i eksplodować w postaci strumieni.
Z drugiej strony Strzelec A* zużywa bardzo mało materii, co jest równoważne zjadaniu przez człowieka jednego ziarenka ryżu co milion lat. Obserwacje te sugerują, że supermasywna czarna dziura, którą się odżywiamy, może nadal posiadać dżet; Trudno to zobaczyć.
„Istnieje wiele dowodów na możliwe wypływy, a nawet dżety pochodzące z czarnej dziury w przeszłości, jednak nigdy nie sfotografowano żadnego dżetu w Sagittarius A* ze względu na trudne środowisko centrum galaktyki” – powiedział Isson. „Będzie to ważne odkrycie na temat naszej czarnej dziury i nawiązanie do jej historii w naszej Galaktyce Drogi Mlecznej”.
Dodała, że proces wyzwalający te dżety jest najbardziej aktywnym mechanizmem w całym wszechświecie i w ogromnym stopniu wpływa na jądra galaktyk, na przykład usuwając gaz i pył potrzebny do narodzin gwiazd oraz wpływając na wzrost i ewolucję galaktyk. Oznacza to, że odkrycie dżetu wyłaniającego się z Sagittarius A* miałoby wpływ na nasze zrozumienie ewolucji Drogi Mlecznej, aby przyjąć kształt obserwowany dzisiaj przez astronomów.
Isson kontynuował: „To uderzające, że tak małe jądro w galaktyce może spowodować tak rozległe zniszczenia, a wszystko zaczyna się na krawędzi centralnej czarnej dziury, gdzie rządzą te pola magnetyczne”.
Isson powiedział, że dzięki tym dwóm spolaryzowanym obrazom dwóch zupełnie różnych czarnych dziur naukowcy mają teraz bardzo przekonujący dowód na to, że w tych kosmicznych gigantach wszędzie występują silne pola magnetyczne.
„Następny krok polega na ustaleniu, w jaki sposób ta geometria wiąże się z ruchem, ewolucją i świeceniem tych systemów” – powiedziała.
EHT rozpocznie kampanię obserwacyjną w 2024 r. na początku kwietnia, a w ramach współpracy ma nadzieję uzyskać wielokolorowe obrazy znanych czarnych dziur, takich jak M87* i Sgr A*, obserwując je w różnych częstotliwościach światła.
„W następnej dekadzie wysiłki nowej generacji EHT będą miały na celu dodanie większej liczby teleskopów, aby wypełnić nasze często obserwowane wirtualne lustro wielkości Ziemi” – dodał Isson. „Dzięki rozszerzeniom EHT będziemy w stanie wyprodukować spolaryzowane filmy czarnych dziur i bezpośrednio obserwować dynamikę pomiędzy czarną dziurą M87* a jej dżetem.”
Ponadto badacz CFI powiedział, że EHT może ostatecznie uzyskać pomoc kosmiczną w obserwacjach czarnych dziur i ich dynamiki. Jedną z proponowanych misji, która mogłaby pomóc w osiągnięciu tego celu, jest misja Black Hole Explorer (BHEX), która dodaje pojedynczy teleskop kosmiczny do naziemnego układu EHT.
„Uważa się, że stopień rotacji czarnych dziur jest bezpośrednio powiązany z tym, dlaczego pola magnetyczne w pobliżu czarnej dziury wyglądają tak a nie inaczej i w jaki sposób mogą wystrzeliwać dżety” – podsumował Isson. „Korzystając z BHEX, możemy zobrazować wyraźną sygnaturę pierścienia fotonowego czarnych dziur. Ten pierścień fotonowy koduje właściwości czasoprzestrzeni wokół czarnej dziury, w tym spin czarnej dziury!”
Wyniki badań zespołu EHT opublikowano w środę (27 marca) w czasopiśmie Listy do dzienników astrofizycznych.
„Nieuleczalny student. Społeczny mediaholik. Niezależny czytelnik. Myśliciel. Alkoholowy ninja”.
More Stories
Kiedy astronauci wystartują?
Podróż miliardera w kosmos jest „ryzykowna”
Identyczne ślady dinozaurów odkryto na dwóch kontynentach