Новые снимки сверхмассивной черной дыры в центре галактики М87 показали, что за последние четыре года магнитные поля в ее окрестностях изменили направление. Это неожиданное и значимое для понимания природы космических «монстров» открытие стало возможным благодаря сети радиотелескопов Event Horizon Telescope (EHT).

Черная дыра М87: первый снимок и его значение

Галактика М87 находится примерно в 55 миллионах световых лет от Земли. Ее центральная черная дыра стала известна всему миру как «первая сфотографированная» — хотя на самом деле на знаменитом снимке, опубликованном 10 апреля 2019 года, была запечатлена лишь тень черной дыры на фоне аккреционного диска. Масса этого объекта оценивается примерно в 6,5 миллиардов солнечных масс, а его окружает яркое кольцо вещества, вращающегося вокруг горизонта событий с огромной скоростью.

Аккреционный диск и релятивистские струи

Аккреционный диск черной дыры — мощный источник излучения, особенно радиоволн. От его полюсов исходят гигантские потоки плазмы, так называемые релятивистские струи (джеты), которые могут простираться на тысячи световых лет. Ранее ученые, сравнив данные наблюдений за ядром М87 за 2017 и 2018 годы, обнаружили, что за год плотные сгустки вещества в аккреционном диске сместились примерно на 30 градусов, а сам джет начал постепенно менять направление.

Магнитные поля и гамма-вспышки

Астрономов также интересуют мощные вспышки гамма-излучения в окрестностях М87, которые, как считается, связаны с магнитным полем аккреционного диска. Изменения в этом поле фиксируются с помощью измерения поляризации излучения — то есть упорядоченности колебаний электромагнитных волн, исходящих от диска и короны вокруг черной дыры. Эти данные также собираются с помощью Event Horizon Telescope.

Неожиданные перемены в магнитных полях

Международная команда астрономов под руководством Кадзунори Акияма из Массачусетского технологического института, проанализировав данные за 2017, 2018 и 2021 годы, обнаружила неожиданные изменения в поляризации излучения. За четыре года магнитные поля вблизи горизонта событий полностью изменили направление. В 2017 году поля были закручены в одну сторону, в 2018-м стабилизировались, а к 2021 году направление полностью поменялось. Это стало сюрпризом для ученых, поскольку ранее считалось, что магнитные поля в столь экстремальных условиях должны быть более устойчивыми. Вероятно, наблюдаемая динамика связана как с внешними факторами (например, преобразованием поляризации при прохождении через межзвездную среду), так и с внутренними процессами в плазме.

«Плазма у горизонта событий вовсе не статична. Ее сложное “поведение” заставляет нас пересматривать существующие модели», — отмечают авторы исследования.

Новые возможности для изучения джетов

В 2021 году, после подключения к сети EHT 12-метрового радиотелескопа в обсерватории Китт-Пик (США) и французского интерферометра NOEMA, ученым впервые удалось зафиксировать излучение в районе основания джета, соединяющего аккреционный диск с космическим пространством. Это значительно повысило чувствительность и четкость получаемых изображений, позволив впервые ограничить параметры джета у его истока — ранее это было невозможно. Это важно, поскольку релятивистские струи существенно влияют на эволюцию галактик: они замедляют процессы звездообразования и распределяют энергию на огромные расстояния.

Значение новых наблюдений

Сверхмассивная черная дыра в центре М87 излучает во всем диапазоне — от радиоволн до гамма-лучей, что делает ее идеальным объектом для изучения подобных процессов. Авторы статьи подчеркивают, что новые наблюдения не только дополняют существующую картину, но и помогают выстроить последовательное понимание физики черных дыр — одних из самых загадочных объектов во Вселенной.