Zdjęcie w tle: Event Horizon Telescope
Nowy obraz z projektu Teleskopu Horyzontu Zdarzeń. (ang. Event Horizon Telescope, w skrócie EHT) odkrył silne i zorganizowane pola magnetyczne biegnące po spiralach od brzegu supermasywnej czarnej dziury Sagittarius A*. Po raz pierwszy zobaczono je w świetle spolaryzowanym. Nowy widok na „potwora” czającego się w sercu Drogi Mlecznej ukazał strukturę pola magnetycznego zaskakująco podobną do tej wokół czarnej dziury w centrum galaktyki M87. Sugeruje to, że silne pola magnetyczne mogą być powszechne u wszystkich czarnych dziur. To podobieństwo wskazuje także na ukryty dżet w Sgr A*. Wyniki badań opublikowano dzisiaj w „The Astrophysical Journal Letters”.
W 2022 roku naukowcy pokazali pierwsze obrazy Sgr A*. O ile supermasywna czarna dziura Drogi Mlecznej, odległa o prawie 27 000 lat świetlnych od Ziemi, jest ponad tysiąc razy mniejsza i mniej masywna niż w przypadku M87, obserwacje pokazały, że obie wyglądają bardzo podobnie. Spowodowało to, że naukowcy zaczęli się zastanawiać czy poza wyglądem obiekty te posiadają też inne wspólne cechy. Aby się tego dowiedzieć, zespół naukowców postanowił zbadać Sgr A* w świetle spolaryzowanym. Poprzednie badania światła wokół czarnej dziury w M87 ujawniły, że pola magnetyczne wokół niej pozwoliły czarnej dziurze wystrzelić potężne dżety materii z powrotem w otaczające je środowisko. Opierając się na tej pracy, nowe obrazy ukazały, że to samo może być prawdą dla Sgr A*.
„To co widzimy teraz, to silne, zakręcone i zorganizowane pola magnetyczne blisko czarnej dziury w centrum Drogi Mlecznej. Patrząc na Sgr A*, mającą uderzająco podobną strukturę polaryzacji do znacznie większej i potężniejszej czarnej dziury M87*, dowiedzieliśmy się, że silne i uporządkowane pola magnetyczne są krytyczne do tego, jak czarne dziury oddziałują z gazem i materią wokół siebie.”
– Sara Issaoun, NASA Hubble Fellowship Program Einstein Fellow w Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian, USA
Widziany w świetle spolaryzowanym obraz supermasywnych czarnych dziur M87* i Sagittarius A* wskazuje naukowcom, że te mają podobne struktury pola magnetycznego. Jest to istotne, ponieważ sugeruje, że procesy fizyczne, które regulują sposób, w jaki czarna dziura odżywia się i tworzy dżet, mogą być uniwersalnymi cechami wśród supermasywnych czarnych dziur. Skala pokazuje pozorny rozmiar tych obrazów na niebie, w jednostkach mikro-sekund kątowych, obrazy tych czarnych dziur mają pozorny rozmiar podobny do pączka na powierzchni Księżyca.
Światło to oscylująca fala elektromagnetyczna, która pozwala nam widzieć obiekty. Czasami światło oscyluje w jakimś preferowanym kierunku, co nazywane jest „polaryzacją”. Chociaż światło spolaryzowane otacza nas, dla ludzkiego oka jest nierozróżnialne od „zwykłego” światła. W plazmie wokół tych czarnych dziur, cząstki wirujące wokół linii pola magnetycznego nadają wzór polaryzacji prostopadły do pola magnetycznego. Pozwala to astronomom na zobaczenie z coraz większą szczegółowością, co dzieje się w obszarach czarnych dziur i wykonanie map linii pola magnetycznego.
„Uzyskując obrazy światła spolaryzowanego od gorącego gazu w pobliżu czarnej dziury, możemy bezpośrednio wnioskować o strukturze i sile pola magnetycznego, które napędza przepływ gazu i materii, którymi czarna dziura się odżywia, i które wyrzuca.”
– Angelo Ricarte, Harvard Black Hole Initiative Fellow, współkierujący projektem
Uzyskiwanie obrazów czarnych dziur w świetle spolaryzowanym nie jest tak proste, jak nałożenie okularów polaryzacyjnych. To stwierdzenie jest szczególnie prawdziwe dla Sgr A*, która zmienia się tak szybko, że nie pozuje nieruchomo do zdjęć. Obrazowanie supermasywnej czarnej dziury wymaga wyrafinowanych narzędzi, wykraczających poza te używane wcześniej do zbadania M87*, która jest znacznie stabilniejszym celem. Naukowiec projektu EHT, Geoffrey Bower z Institute of Astronomy and Astrophysics, Academia Sinica, Taipei, powiedział, „Ponieważ Sgr A* porusza się, gdy próbujemy uzyskać jej zdjęcie, trudno było skonstruować nawet niespolaryzowany obraz”, dodając, że pierwszy obraz był uśrednieniem wielu obrazów ze względu na ruch Sgr A*. „Odczuliśmy ulgę, że obrazowanie spolaryzowane jest w ogóle możliwe. Niektóre modele były zbyt pomieszane i turbulentne, aby skonstruować obraz spolaryzowany, ale natura nie była tak okrutna.”
Mariafelicia De Laurentis, EHT Deputy Project Scientist, profesor na University of Naples Federico II, Włochy, powiedziała, „Mając próbkę dwóch czarnych dziur – o bardzo różnych masach i w bardzo różnych galaktykach macierzystych – ważne jest, aby ustalić, w czym są one zgodne, a w czym nie. Ponieważ obie kierują w naszą stronę silne pola magnetyczne, sugeruje to, że może to być uniwersalna, a być może fundamentalna cecha tego rodzaju systemów. Jednym z podobieństw pomiędzy obydwiema czarnymi dziurami może być dżet, ale o ile zobrazowaliśmy bardzo oczywisty dzet w M87*, nie znaleźliśmy takowego w Sgr A*.”
Aby obserwować Sgr A*, projekt połączył osiem teleskopów na całym świecie, aby utworzyć wirtualny teleskop o wielkości Ziemi, nazwany EHT. Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), w której ESO jest partnerem oraz zarządzany przez ESO teleskop Atacama Pathfinder Experiment (APEX), oba w północnym Chile, był częścią sieci, która dokonała obserwacji w 2017 roku.
Mapa przedstawiająca obserwatoria radiowe tworzące sieć Event Horizon Telescope (EHT) wykorzystywaną do obrazowania centralnej czarnej dziury Drogi Mlecznej, Sagittarius A*. Teleskopy zaznaczone na żółto były częścią sieci EHT podczas obserwacji Sagittarius A* w 2017 roku. Na niebiesko zaznaczono trzy teleskopy dodane do współpracy EHT po 2018 roku: Greenland Telescope, NOrthern Extended Millimeter Array (NOEMA) we Francji oraz 12-metrowy teleskop UArizona ARO na Kitt Peak.
EHT przeprowadził kilka obserwacji od 2017 roku i ma obserwować Sgr A* ponownie w kwietniu 2024 roku. Z każdym rokiem obrazy są coraz lepsze, gdyż EHT przyjmuje nowe teleskopy, szersze pasmo i nowe częstotliwości obserwacji. Rozszerzenia planowane na kolejną dekadę pozwolą na nagrywanie filmów Sgr A* w wysokiej jakości. Może to ujawnić ukryty dżet i pozwolić astronomom na obserwacje podobnych cech polaryzacji w innych czarnych dziurach. Tymczasem, rozszerzenie EHT w przestrzeń kosmiczną dostarczy ostrzejszych obrazów czarnych dziur niż kiedykolwiek wcześniej.
