Ученые впервые запечатлели магнитное поле вокруг черной дыры и уточнили, как образуются джеты

Пару лет назад Теория относительности получила очередное подтверждение: ученым впервые удалось получить прямое изображение окрестностей черной дыры. Теперь, благодаря анализу этих данных, детализация картинки существенно возросла и на ней стали видны эффекты, вызванные воздействием магнитного поля этого астрономического объекта.

В рецензируемом научном журнале The Astrophysical Journal Letters вчера вышли сразу две статьи за авторством коллаборации Телескопа горизонта событий (EHT). Это седьмая и восьмая части анализа полученных за несколько лет наблюдений данных об астрономическом объекте в центре галактики M87.

Напомним, проект EHT настолько масштабен, что для пересылки всей собранной с телескопов информации потребовалось отправлять жесткие диски общим объемом более пяти петабайт (5000 терабайт) авиаперевозками. Иного способа в разумные сроки доставить данные в Институт Макса Планка (Германия) и обсерваторию Хэйстек (США) для обработки не существует. Их передача через интернет заняла бы несколько лет.

Первый прямой снимок окрестностей черной дыры коллаборация EHT опубликовала 10 апреля 2019 года, и уже на следующий день ученые пообещали повысить четкость изображения. Как мы теперь видим, специалисты со всего мира действительно не сидели сложа руки. К уже ставшей интернет-мемом картинке добавились результаты анализа поляризованного света.

Дело в том, что магнитное поле вокруг черной дыры ускоряет электроны в пространстве вокруг нее. Часть из них излучает фотоны, причем поляризация этого света зависит от направления ускорения. Таким образом, отфильтровав все лишнее излучение и запечатлев только поляризованный свет, можно буквально увидеть рисунок линий магнитного поля. В нашем случае — вокруг сверхмассивной черной дыры в центре галактики M87. Его мощность колеблется между 1 и 30 гауссами, что в 50 раз мощнее, чем у полюсов Земли.

Картинка получилась весьма интересной и важной для ученых: магнитное поле вокруг объекта сильно закручено. Этот факт позволил радикально сузить количество моделей, объясняющих формирование джетов у полюсов черных дыр — буквально со 120 до 15, то есть на порядок. Астрофизики пока не могут с уверенностью сказать, насколько данные по черной дыре M87* можно экстраполировать на другие подобные объекты. Но в любом случае эта информация чрезвычайно важна для понимания фундаментальных законов Вселенной.

На деле, как обнародованная в 2019 году фотография стала первым прямым наблюдением окрестностей черной дыры, так и нынешнее повышение детализации картины — своеобразные революции в физике. Дело в том, что до сих пор не было зафиксировано фактических свидетельств механизмов, объясняющих формирование джетов. Эти мощнейшие сфокусированные струи вещества рождаются у полюсов сверхмассивных черных дыр и пронзают окружающее пространство на расстояние в десятки световых лет.

Судя по оптимистичному тону публикаций, коллаборация EHT еще не закончила с прорывными открытиями: ученые продолжают анализировать данные. В проекте участвует более 300 специалистов из 60 организаций и 20 разных стран. Столь детализированные изображения в радиодиапазоне удается получить благодаря синхронизированной работе восьми телескопов, размещенных на расстоянии тысяч километров друг от друга. Они выполняют наблюдения с привязкой к высокоточным атомным часам, а затем отправляют данные в центр обработки, где их сводят в единую картину.