Ученые наблюдали, как сверхмассивная черная дыра переворачивает все свое магнитное поле

Черные дыры - мощные космические двигатели. Они обеспечивают энергией квазары и другие активные галактические ядра (АГЯ). Это происходит благодаря взаимодействию материи с их мощными гравитационными и магнитными полями.

Технически, черная дыра сама по себе не имеет магнитного поля, но плотная плазма, окружающая черную дыру в виде аккреционного диска, обладает им. Когда плазма закручивается вокруг черной дыры, заряженные частицы в ней создают электрический ток и магнитное поле.

Направление потока плазмы не меняется спонтанно, поэтому можно предположить, что магнитное поле очень стабильно. Поэтому представьте себе удивление астрономов, когда они увидели свидетельства того, что магнитное поле черной дыры подверглось обратному изменению.

В общих чертах магнитное поле можно представить как обычный магнит с северным и южным полюсом. Магнитный разворот - это когда ориентация этого воображаемого полюса меняется, и меняется ориентация магнитного поля. Этот эффект часто встречается у звезд.

Наше Солнце меняет направление своего магнитного поля каждые 11 лет, что приводит к 11-летнему циклу солнечных пятен, который астрономы наблюдают с 1600-х годов. Даже Земля претерпевает изменения магнитного поля каждые несколько сотен тысяч лет.

Но магнитные реверсы не считались вероятными для сверхмассивных черных дыр.

В 2018 году автоматизированное исследование неба обнаружило внезапное изменение в галактике, расположенной на расстоянии 239 миллионов световых лет от нас. Известная как 1ES 1927+654, галактика стала ярче в 100 раз в видимом свете. Вскоре после ее открытия обсерватория Swift зафиксировала ее свечение в рентгеновских и ультрафиолетовых лучах. Поиск архивных наблюдений в этом регионе показал, что галактика действительно начала становиться ярче в конце 2017 года.

В то время считалось, что такое быстрое усиление яркости было вызвано прохождением звезды вблизи сверхмассивной черной дыры галактики. Такое близкое столкновение вызвало бы приливное разрушение, которое разорвало бы звезду на части, а также нарушило бы поток газа в аккреционном диске черной дыры. Однако новое исследование бросает тень на эту идею.

Команда изучила результаты наблюдений галактической вспышки во всем спектре света - от радио- до рентгеновского. В частности, они заметили, что интенсивность рентгеновского излучения очень быстро снизилась. Рентгеновское излучение часто порождается заряженными частицами, вращающимися по спирали в интенсивных магнитных полях, поэтому это говорит о внезапном изменении магнитного поля вблизи черной дыры.

В то же время интенсивность света в видимом и ультрафиолетовом диапазонах увеличилась, что говорит о том, что часть аккреционного диска черной дыры стала горячее. Ни один из этих эффектов не является тем, что можно было бы ожидать от события приливного разрушения.

Вместо этого магнитный разворот лучше соответствует данным. Как показала команда, когда аккреционный диск черной дыры претерпевает магнитный разворот, поля ослабевают сначала на внешних краях аккреционного диска. В результате диск может нагреваться более эффективно.

В то же время ослабление магнитного поля означает, что заряженные частицы производят меньше рентгеновского излучения. Как только магнитное поле завершает свое обратное движение, диск возвращается в свое первоначальное состояние.

Это лишь первое наблюдение магнитного разворота галактической черной дыры. Теперь мы знаем, что они могут происходить, но мы не знаем, насколько распространены эти реверсы. Потребуется больше наблюдений, чтобы определить, сколько раз черная дыра в галактике может становиться переключателем.