Коллаборация «Телескоп Горизонта Событий» (EHT), впервые в истории сфотографировавшая чёрную дыру, сегодня опубликовала новое изображение этого сверхмассивного объекта в центре галактики M87 в поляризованных лучах. Впервые астрономам удалось измерить поляризацию, свидетельство существования магнитных полей, на столь близком расстоянии от края черной дыры. Эти наблюдения являются ключевыми для объяснения механизма образования высокоэнергетических джетов — струйных выбросов из ядра галактики M87, расположенной на расстоянии в 55 миллионов световых лет от Земли. Результаты опубликованы в двух отдельных статьях в The Astrophysical Journal Letters. В исследовании участвовали более 300 специалистов из различных организаций и университетов по всему миру. О результатах сообщает пресс-релиз Европейской Южной обсерватории.
10 апреля 2019 года учёные опубликовали первое в истории изображение чёрной дыры — яркую кольцеобразную структуру с темной центральной областью, тенью чёрной дыры. С тех пор участники коллаборации EHT продолжали углубленный анализ полученных в 2017 г. данных наблюдений сверхмассивного объекта в сердце галактики M87. Они обнаружили, что значительная часть излучения из окрестности чёрной дыры в ядре M87 поляризована. «Эта работа открывает новый этап исследований: поляризация излучения несёт информацию, которая позволяет нам лучше понять физические параметры объекта, сфотографированного в апреле 2019 года, и которая прежде была недоступна, — объясняет Иван Марти-Видаль (Iván Martí-Vidal), координатор Рабочей группы EHT по поляриметрии. Он добавляет, что «из-за сложности получения и анализа наблюдательных данных публикация этого нового изображения в поляризованных лучах потребовала нескольких лет напряженной работы».
Свет поляризуется, когда проходит сквозь определенные фильтры, например, через стекла поляризационных солнцезащитных очков, или когда излучается разогретыми до высоких температур областями космического пространства, в которых присутствуют магнитные поля. Наблюдения с помощью поляризационных приемников позволяют астрономам получать более четкие изображения областей в окрестностях черной дыры, анализировать механизмы поляризации в этих областях. В частности, наблюдая поляризацию, астрономы могут составлять карты распределения силовых линий магнитного поля на внутреннем крае черной дыры.
«Публикуемые сейчас новые изображения в поляризованном излучении дают ключ к пониманию того, как магнитное поле позволяет черной дыре поглощать вещество и испускать мощные джеты», — говорит член Коллаборации EHT Эндрю Шэль (Andrew Chael) из Принстонского Центра теоретической науки и Принстонской инициативной группы по гравитации (Princeton Gravity Initiative), США.
Яркие джеты — струи энергии и вещества, истекающие из ядра галактики M87 и простирающиеся как минимум на 5000 световых лет от центра галактики — одна из наиболее загадочных и в то же время поразительных по масштабам энерговыделения особенностей этой галактики. Большая часть вещества, которое находится вблизи границы черной дыры, попадает внутрь неё. Однако некоторые частицы всё же избегают поглощения чёрной дырой и выбрасываются далеко в пространство в форме джетов.
Для описания поведения вещества в окрестности черной дыры астрономы построили множество различных моделей. Однако они так и не могут до конца понять, каким образом из расположенной в центре галактики области, сравнимой по размерам с Солнечной системой, могут истекать джеты, размеры которых превосходят размеры всей галактики. Непонятно до сих пор и то, как именно происходит падение вещества в чёрную дыру. Полученное Коллаборацией EHT новое изображение чёрной дыры и её тени в поляризованном излучении впервые позволяет астрономам заглянуть в область, непосредственно примыкающую к чёрной дыре, где и происходят сложные взаимодействия между веществом, втекающим в дыру и выбрасываемым наружу.
«Наблюдения свидетельствуют о том, что магнитные поля на краю чёрной дыры достаточно сильны, чтобы отталкивать горячий газ и помогать ему сопротивляться мощному гравитационному притяжению. Та часть газа, которой удаётся проскользнуть через «магнитное заграждение» образует спиральный поток, устремляющийся к горизонту событий», — объясняет Джейсон Декстер (Jason Dexter) из Колорадского университета, координатор Рабочей группы теоретиков Коллаборации EHT.
Для наблюдений галактики M87 Коллаборация объединила в одно целое восемь телескопов, расположенных по всему миру, — включая находящуюся в Чили Атакамскую Большую миллиметровую/субмиллиметровую антенную решетку ALMA и телескоп APEX (Atacama Pathfinder EXperiment), которые Европейская Южная обсерватория (ESO) эксплуатирует на партнёрских началах, — чтобы создать EHT, виртуальный телескоп размером с Землю. Фантастически высокое разрешение, достигнутое с EHT, эквивалентно разрешению, при котором с Земли можно измерить стороны кредитной карточки, лежащей на поверхности Луны.
«Использование телескопов ALMA и APEX, которые благодаря их размещению в южном полушарии позволили резко улучшить качество изображения, увеличив географические размеры сети EHT, сделало роль европейских учёных в этом исследовательском проекте ключевой, — говорит Франциска Кемпер (Francisca Kemper), научный руководитель Программы ALMA от Европы в ESO. — Решетка ALMA со своими 66 антеннами внесла основной вклад в общий сигнал, собранный всеми инструментами EHT в поляризованном свете, а телескоп APEX сыграл основную роль в калибровке изображения».