Новые изображения сверхмассивной черной дыры в центре галактики М87 показали, что за последние четыре года магнитные поля в ее окрестностях изменили направление. Совершить столь неожиданное и важное для понимания устройства космических «монстров» открытие удалось с помощью сети радиотелескопов «Телескоп горизонта событий».
Хотя галактика М87 расположена на расстоянии около 55 миллионов световых лет от Земли, ее центральная черная дыра прославилась как «впервые сфотографированная» (технически это не так, на известном снимке была лишь тень от черной дыры на аккреционном диске): именно ее изображение астрономы опубликовали 10 апреля 2019 года. Напомним, на знаменитом снимке, полученном с помощью «Телескопа горизонта событий», опознать черную дыру М87 массой приблизительно 6,5 миллиарда Солнц можно лишь по яркому обрамлению притянутого к ней вещества — аккреционному диску, который вращается вокруг горизонта событий на огромных скоростях.
Будучи мощным источником различного излучения, особенно радиоволн, аккреционный диск отбрасывает от своих полюсов гигантские потоки плазмы — так называемые релятивистские струи (джеты), которые простираются как минимум на 5000 световых лет. Ранее, сравнив данные наблюдений за ядром М87 за 2017 и 2018 годы, ученые обнаружили, что всего за год уплотнения в аккреционном диске (сгустки вещества, образующиеся из-за турбулентности) сместились примерно на 30 градусов, а джет понемногу сдвигается.
Внимание астрономов привлекают и мощные вспышки гамма-излучения в окрестностях М87, которые, как считается, также связаны с магнитным полем аккреционного диска. Об изменениях в нем астрономы узнают, измеряя поляризацию излучения — упорядоченность колебаний электромагнитных волн, исходящих от аккреционного диска и короны вокруг черной дыры — с помощью «Телескопа горизонта событий».
Теперь, проанализировав данные наблюдений за 2017, 2018 и 2021 годы, международная группа астрономов под руководством Казунори Акиямы (Kazunori Akiyama) из Массачусетского технологического института (США) выявила неожиданные изменения в поляризации излучения. Значит, за четыре года магнитные поля вблизи горизонта событий изменили свое направление.
Результаты исследования, опубликованного в журнале Astronomy and Astrophysics, показали, что в 2017 году магнитные поля были закручены в одну сторону, в 2018-м стабилизировались, а в 2021-м полностью изменили направление. Это весьма неожиданный переворот, поскольку ранее считалось, что магнитные поля в экстремальных условиях устойчивее. Наблюдаемая динамика, вероятно, связана с внешними факторами, например с преобразованием поляризации при прохождении через межзвездную среду, а также с внутренними процессами в плазме.
«Плазма у горизонта событий вовсе не статична. Ее сложное „поведение“ заставляет нас пересматривать существующие модели», — отметили авторы научной работы.
Они также впервые зафиксировали излучение в районе основания джета, который соединяет аккреционный диск с космическим пространством. Сделать это удалось в 2021 году, после того как к сети «Телескопа горизонта событий» подключились 12-метровый радиотелескоп в обсерватории Китт-Пик (США) и французский интерферометр NOEMA. Это позволило резко повысить чувствительность и четкость получаемых изображений.
Таким образом, ученые получили первые ограничения на параметры джета у его основания, что ранее было невозможно. Это важно, поскольку релятивистские струи существенно влияют на эволюцию галактик: тормозят процессы звездообразования и распределяют энергию на гигантские расстояния.
Поскольку космический «монстр» в сердце М87 излучает от радиодиапазона до гамма-лучей, он идеально подходит для изучения этих процессов. Авторы статьи также отметили, что новые наблюдения не просто дополняют картину, а помогают построить последовательное понимание физики черных дыр — одних из самых загадочных объектов на просторах Вселенной.
Автор: Любовь Соколова