Astronomowie przeprowadzili dwa nowe badania EHT, które pozwoliły uzyskać pierwszy obraz Sagittariusa A* w świetle spolaryzowanym.
Nowy obraz, który powstał w ramach współpracy Teleskopu Horyzontu Zdarzeń (EHT), ujawnił silne i zorganizowane pole magnetyczne emitowane z krawędzi supermasywnej czarnej dziury Sagittarius A* (Sgr A*). Ten obraz, po raz pierwszy widziany w świetle spolaryzowanym, ukazał strukturę pola magnetycznego przypominającą strukturę czarnej dziury w centrum galaktyki M87, co sugeruje, że potężne pola magnetyczne mogą być powszechne dla wszystkich czarnych dziur. To podobieństwo również wskazuje na ukryty strumień w Sgr A*. Wyniki zostały opublikowane w czasopiśmie The Astrophysical Journal Letters.
Naukowcy po raz pierwszy przedstawili obraz Sgr A*, znajdującej się około 27 000 lat świetlnych od Ziemi, w 2022 roku. Ujawniając, że chociaż supermasywna czarna dziura Drogi Mlecznej jest ponad tysiąc razy mniejsza i mniej masywna niż ta w M87, wygląda niezwykle podobnie. To skłoniło naukowców do zastanowienia się, czy te dwie dziury mają wspólne cechy poza wyglądem. Aby to sprawdzić, zespół postanowił zbadać Sgr A* w świetle spolaryzowanym. Poprzednie badania światła wokół M87* wykazały, że pola magnetyczne wokół olbrzymiej czarnej dziury pozwoliły na wystrzelenie potężnych strumieni materii z powrotem do otaczającego środowiska. Opierając się na tych ustaleniach, nowe obrazy ujawniły, że podobny mechanizm może dotyczyć również Sgr A*.
Teraz widzimy, że w pobliżu czarnej dziury w centrum Drogi Mlecznej znajdują się silne, skręcone i uporządkowane pola magnetyczne – powiedziała Sara Issaoun, stypendystka CfA NASA Hubble Fellowship Program Einstein Fellow, astrofizyk Smithsonian Astrophysical Observatory (SAO) i współprzewodnicząca projektu. Wraz z tym, że Sgr* ma uderzająco podobną strukturę polaryzacji do tej obserwowanej w znacznie większej i potężniejszej czarnej dziurze M87*, dowiedzieliśmy się, że silne i uporządkowane pola magnetyczne mają kluczowe znaczenie dla interakcji czarnych dziur z otaczającym je gazem i materią.
Światło jest oscylującą falą elektromagnetyczną, która pozwala nam dostrzegać obiekty. Czasami światło oscyluje w określonej orientacji, co nazywamy „polaryzacją”. Choć spolaryzowane światło otacza nas, dla ludzkich oczu nie różni się ono od „normalnego” światła. W plazmie otaczającej czarne dziury, cząsteczki krążące wokół linii pola magnetycznego nadają wzór polaryzacji prostopadły do pola. Dzięki temu astronomowie mogą coraz dokładniej obserwować, co dzieje się w obszarach czarnych dziur i mapować ich linie pola magnetycznego.
Obrazując spolaryzowane światło z gorącego, świecącego gazu w pobliżu czarnych dziur, bezpośrednio wnioskujemy o strukturze i sile pól magnetycznych łączących przepływ gazu i materii, którymi czarna dziura żywi się i wyrzuca – powiedział Angelo Ricarte, członek Harvard Black Hole Initiative i współprowadzący projekt. Światło spolaryzowane uczy nas znacznie więcej o astrofizyce, właściwościach gazu i mechanizmach, które zachodzą, gdy czarna dziura się żywi.
Jednak obrazowanie czarnych dziur w świetle spolaryzowanym nie jest tak proste, jak założenie spolaryzowanych okularów przeciwsłonecznych. Jest to szczególnie trudne w przypadku Sgr A*, która zmienia się tak szybko, że nie udaje się jej uchwycić na zdjęciach. Aby uchwycić supermasywną czarną dziurę, konieczne są wyrafinowane narzędzia, wykraczające poza te używane do obserwacji M87*, która jest znacznie bardziej stabilnym obiektem. Paul Tiede, doktor habilitowany CfA i astrofizyk SAO, powiedział: To ekscytujące, że w ogóle udało nam się uzyskać spolaryzowany obraz Sgr A*. Pierwszy obraz wymagał miesięcy intensywnej analizy, aby zrozumieć jej dynamiczną naturę i odkryć jej średnią strukturę. Tworzenie spolaryzowanego obrazu stanowiło dodatkowe wyzwanie związane z dynamiką pól magnetycznych wokół czarnej dziury. Nasze modele często przewidywały wysoce turbulentne pola magnetyczne, co znacznie utrudniało proces tworzenia spolaryzowanego obrazu. Na szczęście nasza czarna dziura jest znacznie bardziej stabilna, co ułatwiło uzyskanie pierwszego obrazu.
Naukowcy są podekscytowani posiadaniem obrazów obu supermasywnych czarnych dziur w świetle spolaryzowanym. Te obrazy i dane towarzyszące stworzyły nowe możliwości porównywania i zestawiania czarnych dziur o różnych rozmiarach i masach. W miarę postępu technologii, te obrazy mogą ujawnić więcej tajemnic związanych z czarnymi dziurami, ich podobieństwami i różnicami.
Michi Bauböck, doktor nauk z University of Illinois Urbana-Champaign, stwierdził: M87* i Sgr A* różnią się pod kilkoma istotnymi aspektami: M87* jest znacznie większa i absorbuje materię ze swojego otoczenia w znacznie szybszym tempie. Oczekiwano zatem, że pola magnetyczne będą się znacznie różnić. Jednak w tym przypadku okazały się one dość podobne, co sugeruje, że ta struktura jest wspólna dla wszystkich czarnych dziur. Lepsze zrozumienie pól magnetycznych w pobliżu czarnych dziur pomoże odpowiedzieć na wiele niewyjaśnionych pytań – od tego, jak powstają i są wyrzucane strumienie, po to, co napędza jasne rozbłyski, które obserwujemy w świetle podczerwonym i rentgenowskim.
EHT przeprowadził kilka obserwacji od 2017 roku i planuje ponownie obserwować Sgr A* w kwietniu 2024 roku. Każdego roku obrazy są coraz lepsze, ponieważ EHT wykorzystuje nowe teleskopy, większą przepustowość i nowe częstotliwości obserwacji. Rozbudowa planowana na następną dekadę umożliwi nagrywanie filmów Sgr A* w wysokiej jakości, może ujawnić ukryty strumień i umożliwić astronomom obserwację podobnych cech polaryzacji w innych czarnych dziurach. Tymczasem rozszerzenie EHT na przestrzeń kosmiczną zapewni ostrzejsze obrazy czarnych dziur niż kiedykolwiek wcześniej.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Więcej informacji:
- Astronomers Unveil Strong Magnetic Fields Spiraling at the Edge of Milky Way’s Central Black Hole
- First Sagittarius A* Event Horizon Telescope Results. VII. Polarization of the Ring
Źródło: CfA
Na ilustracji: Współpraca Event Horizon Telescope (EHT), która stworzyła pierwszy w historii obraz naszej czarnej dziury w Drodze Mlecznej wydany w 2022 roku, uchwyciła nowy widok masywnego obiektu w centrum naszej Galaktyki: jak wygląda w świetle spolaryzowanym. Źródło: EHT Collaboration
