Supermasywna czarna dziura w Drodze Mlecznej ma zaskakującą osobowość magnetyczną

Opublikowane ponownie przez Plato

Obserwuje: 0

Obrazy EHT Strzelca A* i M87 — Zaskakujące podobieństwo: pole magnetyczne otaczające Strzelca A* (po lewej) jest bardzo podobne do pola otaczającego supermasywną czarną dziurę w sercu M87 (po prawej). Obydwa zdjęcia wykonano przy użyciu Teleskopu Horyzontu Zdarzeń do obserwacji polaryzacji fal radiowych emitowanych przez obiekty. (Dzięki uprzejmości: współpraca EHT)

Po raz pierwszy zaobserwowano pole magnetyczne otaczające supermasywną czarną dziurę w centrum Drogi Mlecznej. Astronomowie korzystający z Teleskop Event Horizon (EHT) byli zaskoczeni uporządkowaną naturą pola, które istnieje w niezwykle brutalnym środowisku otaczającym czarną dziurę Sagittarius A*. Badanie może doprowadzić do lepszego zrozumienia kluczowej roli, jaką odgrywa pole magnetyczne w sposobie odżywiania się czarnej dziury przez otaczającą materię.

To już druga obserwacja EHT pola magnetycznego supermasywnej czarnej dziury. W 2021 roku wykrył pole czarnej dziury w centrum galaktyki Messier 87 (M87).

Uważa się, że supermasywne czarne dziury są otoczone plazmą wirującą w otchłani grawitacyjnej. Tworzy to silne pole magnetyczne, które może następnie oddziaływać z opadającym materiałem. Ten przyspieszający materiał emituje duże ilości promieniowania, w tym fale radiowe, które są spolaryzowane przez lokalne pole magnetyczne.

Sieć globalna

EHT to globalna sieć radioteleskopów, które mogą mierzyć tę polaryzację, a tym samym tworzyć mapy pola magnetycznego otaczającego czarną dziurę.

Sagittarius A* waży około 6.6 miliona mas Słońca – czyli tysiąc razy mniej masywny niż gigantyczna M87. Pomimo tej ogromnej różnicy astronomowie EHT byli zaskoczeni podobieństwem pól magnetycznych obu obiektów.

„Spodziewaliśmy się znaleźć sygnaturę pola magnetycznego po prostu dlatego, że wiemy, że Strzelec A* nadal żeruje, choć bardzo powoli” – mówi Ziri Younsi z University College London, który jest członkiem zespołu EHT. „Nie spodziewaliśmy się, że wzór polaryzacji będzie tak podobny pod względem morfologicznym do M87”.

Oczekuje się, że wszystkie supermasywne czarne dziury akreujące materię będą miały pole magnetyczne wbudowane w ich dyski akrecyjne. Pole jest zakotwiczone w plazmie tuż za horyzontem zdarzeń i jest następnie wzmacniane przez rotację czarnej dziury. Czarna dziura M87 jest bardzo aktywna i posiada duży dysk akrecyjny plazmy w porównaniu do Sagittarius A*.

Sterowanie przepływem

Pola magnetyczne obu obiektów mają linie pola magnetycznego w konfiguracji wirowej (patrz rysunek). Im bliżej siebie znajdują się linie, tym silniejsze i lepiej zorganizowane jest pole magnetyczne. Younsi szacuje, że siła pola magnetycznego Strzelca A* jest porównywalna z siłą magnesu na lodówkę. Choć może to nie brzmieć zbyt wiele, jest wystarczająco silne, aby wpłynąć na napływ akrecyjnej plazmy, pomagając w ten sposób kontrolować sposób odżywiania się czarnej dziury.

Pozorne podobieństwo w strukturze dwóch pól magnetycznych powoduje, że niektórzy astronomowie zastanawiają się nad innymi możliwymi podobieństwami.

Czarna dziura M87 wyróżnia się relatywistycznym dżetem. Jest to ściśle skolimowana wiązka cząstek, które są wychwytywane z dysku akrecyjnego przez pole magnetyczne i przyspieszane na zewnątrz do prędkości bliskiej prędkości światła. Jeden strumień jest widoczny wzdłuż osi obrotu obiektu, możliwe jest, że drugi rozciąga się w przeciwnym kierunku.

Biorąc pod uwagę podobieństwo struktury magnetycznej, możliwe jest, że w Sagittarius A* mogą znajdować się także relatywistyczne dżety, które dotychczas pozostawały niewykryte.

Tajemnicze bąbelki

Rzeczywiście, takie dżety mogą być źródłem tajemniczych Bąbelków Fermiego w Drodze Mlecznej. To dwa ogromne pióropusze naładowanych cząstek, które wznoszą się 25,000 XNUMX lat świetlnych nad i pod płaszczyzną galaktyki. Szacuje się, że mają zaledwie kilka milionów lat i pochodzą z centrum Galaktyki, ale ich przyczyna jest niepewna.

Jednakże Younsi zwraca uwagę, że dżet jest silnie skolimowany, podczas gdy Bąbelki Fermiego rozciągają się na większym obszarze i przypominają eksplozję. I chociaż podobieństwa między dwiema czarnymi dziurami uważa za „ciekawe”, mówi Younsi Świat Fizyki swojego sceptycyzmu, że czarna dziura w naszej galaktyce ma dżet.

„Można pozwolić sobie na pewną swobodę i nadinterpretować to i powiedzieć, że być może jest to dowód na to, że mógł istnieć odrzutowiec” – mówi. „Być może będzie tak, że w przyszłości będziemy potrzebować lepszych danych w wyższej rozdzielczości i być może zobaczymy, że wzór polaryzacji nieco się zmieni”.

Szybka zmiana

M87 znajduje się 53 miliony lat świetlnych od nas, a jej dysk akrecyjny czarnych dziur jest ogromny, więc te dwa czynniki oznaczają, że nie widzimy, aby zmienił się zbytnio w krótkich odstępach czasu. Sagittarius A* jest znacznie bliżej nas w odległości około 26,000 XNUMX lat świetlnych, a jego znacznie mniejszy dysk akrecyjny oznacza, że EHT może obserwować zmiany dysku akrecyjnego w ciągu minut i godzin.

Pierwsze zdjęcie Sagittarius A* (jasność, a nie polaryzacja), opublikowane w 2022 r., było zatem uśrednionym w czasie widokiem czarnej dziury, a Younsi zwraca uwagę, że to może być po prostu zbieg okoliczności, że uśredniony w czasie obraz czarnej dziury pole magnetyczne wygląda podobnie do M87, co oznacza, że poszukiwania dżetów mogą być daremne.

„Strzelec A* zmienia się bardzo szybko, więc struktura widoczna na zdjęciu jest o wiele bardziej niepewna” – mówi Younsi. „Potrzebujemy długoterminowego monitorowania, ponieważ to, na co teraz patrzymy, może być po prostu przypadkiem, który wygląda jak M87 i tak naprawdę nie jest reprezentatywny dla ogólnego stanu uśrednionego w czasie. Być może w ciągu najbliższych kilku lat ten obraz ulegnie znacznej zmianie.”

Jeśli pogoda na to pozwala, EHT obserwuje Strzelca A* co roku, ostatnio w kwietniu. Nadal obserwuje także czarną dziurę M87 i próbuje wykryć supermasywne czarne dziury w innych galaktykach. Im więcej czarnych dziur zaobserwujemy, tym lepiej będziemy wiedzieć, czy Sagittarius A* i czarna dziura M87 są naprawdę typowymi przykładami.

Obserwacje opisano w dwóch artykułach w czasopiśmie The Astrophysical Journal Letters. Jeden papier obejmuje pomiary polaryzacji i inni opisuje ich konsekwencje.