Οι αστρονόμοι απαθανάτισαν την πρώτη ματιά στο πολωμένο φως και τα μαγνητικά πεδία που περιβάλλουν τον Τοξότη A* (Sgr A*), την υπερμεγέθη μαύρη τρύπα στην καρδιά του Milly Way.
Η ιστορική παρατήρηση με το τηλεσκόπιο Event Horizon (EHT) έδειξε ότι τα τακτοποιημένα μαγνητικά πεδία έχουν ομοιότητες με εκείνα που περιβάλλουν την υπερμεγέθη μαύρη τρύπα στην καρδιά του γαλαξία M87. Αυτό είναι εκπληκτικό αν σκεφτεί κανείς ότι το Sgr A* έχει μάζα περίπου 4,3 εκατομμύρια ηλιακές μάζες, αλλά το M87* είναι πολύ πιο τερατώδες, με μάζα που ισοδυναμεί με περίπου 6,5 δισεκατομμύρια ηλιακές μάζες.
Επομένως, η νέα παρατήρηση EHT του Sgr A* υποδηλώνει ότι ισχυρά και καλά οργανωμένα μαγνητικά πεδία μπορεί να είναι κοινά σε όλες τις μαύρες τρύπες. Επειδή τα μαγνητικά πεδία του M87* οδηγούν επίσης σε ισχυρές εκροές ή «πίδακες», τα αποτελέσματα υποδηλώνουν ότι το Sgr A* μπορεί να έχει έναν δικό του κρυφό και αδύναμο πίδακα.
Σχετίζεται με: Το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb ανακαλύπτει μια «εξαιρετικά κόκκινη» υπερμεγέθη μαύρη τρύπα που αναπτύσσεται στο πρώιμο σύμπαν
«Αυτή η νέα εικόνα της μαύρης τρύπας στο κέντρο του Γαλαξία μας, Sgr A*, μας λέει ότι υπάρχουν ισχυρά, συνεστραμμένα και διατεταγμένα μαγνητικά πεδία κοντά στη μαύρη τρύπα», λέει η Sara Issaoun, επικεφαλής της έρευνας και η NASA Hubble Fellowship. Ο Πρόγραμμα Einstein Fellow στο Κέντρο Αστροφυσικής (CfI) στο Harvard & Smithsonian είπε στο Space.com: «Για ένα διάστημα πιστεύαμε ότι τα μαγνητικά πεδία έπαιξαν καθοριστικό ρόλο στο πώς οι μαύρες τρύπες εγχέουν και διώχνουν την ύλη σε ισχυρούς πίδακες».
«Αυτή η νέα εικόνα, μαζί με μια εντυπωσιακά παρόμοια δομή πόλωσης που παρατηρείται στην πολύ μεγαλύτερη και ισχυρότερη μαύρη τρύπα M87*, δείχνει ότι τα ισχυρά και διατεταγμένα μαγνητικά πεδία είναι κρίσιμα για το πώς οι μαύρες τρύπες αλληλεπιδρούν με το αέριο και την ύλη γύρω τους».
Συγκρίνοντας τον μαγνητισμό δύο γιγάντιων μαύρων τρυπών
Το EHT αποτελείται από πολλά τηλεσκόπια σε όλο τον κόσμο, συμπεριλαμβανομένου του Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), που μαζί σχηματίζουν ένα τηλεσκόπιο στο μέγεθος της Γης που δεν είναι άγνωστο στο να κάνει επιστημονική ιστορία.
Το 2017, το EHT κατέγραψε την πρώτη εικόνα μιας μαύρης τρύπας και του περιβάλλοντός της, απεικονίζοντας το M87*, που βρίσκεται περίπου 53,5 εκατομμύρια έτη φωτός από τη Γη. Δύο χρόνια μετά τη δημοσιοποίηση αυτής της εικόνας το 2019, η συνεργασία EHT έδωσε και πάλι την πρώτη ματιά πολωμένου φωτός γύρω από μια μαύρη τρύπα, την M87*.
Η πόλωση συμβαίνει όταν τα κύματα προσανατολισμού του φωτός είναι ευθυγραμμισμένα σε μια ορισμένη γωνία. Τα μαγνητικά πεδία που δημιουργούνται από το χτύπημα πλάσματος γύρω από τις μαύρες τρύπες πολώνουν το φως σε γωνία 90 μοιρών ως προς τον εαυτό του. Αυτό σημαίνει ότι παρατηρώντας την πόλωση γύρω από το M87*, οι επιστήμονες ανακάλυψαν για πρώτη φορά τα μαγνητικά πεδία γύρω από μια μαύρη τρύπα. “.
Ακολούθησε το 2022 η ανακάλυψη ότι το EHT είχε επίσης απεικονίσει μια υπερμεγέθη μαύρη τρύπα πολύ πιο κοντά στη Γη και μόλις 27.000 έτη φωτός μακριά: Sgr A*, τη μαύρη τρύπα γύρω από την οποία σχηματίζεται ο Γαλαξίας.
Τώρα το EHT έδωσε επιτέλους στους επιστήμονες μια εικόνα του πολωμένου φωτός και επομένως των μαγνητικών πεδίων γύρω από αυτήν την υπερμεγέθη μαύρη τρύπα.
«Το πολωμένο φως μας διδάσκει για τα μαγνητικά πεδία, τις ιδιότητες του αερίου και τους μηχανισμούς που συμβαίνουν όταν τροφοδοτείται μια μαύρη τρύπα», είπε ο Issaoun. «Δεδομένων των πρόσθετων προκλήσεων της απεικόνισης του Sgr A*, είναι ειλικρινά αρκετά περίεργο το γεγονός ότι μπορέσαμε να αποκτήσουμε μια εικόνα πόλωσης!»
Αυτές οι προκλήσεις εμφανίστηκαν παρόλο που το Sgr A* είναι πιο κοντά στη Γη, επειδή το μικρότερο μέγεθος της υπερμεγέθους μαύρης τρύπας του Γαλαξία μας καθιστά το υλικό που περιφέρεται γύρω του με ταχύτητα κοντά στην ταχύτητα του φωτός δύσκολο να απεικονιστεί. Το M87* είναι πολύ μεγαλύτερο, που σημαίνει ότι το υλικό χρειάζεται πολύ περισσότερο χρόνο για να ολοκληρώσει ένα κύκλωμα με την ίδια ταχύτητα, καθιστώντας ευκολότερο τον εντοπισμό του EHT.
Ξεπερνώντας αυτές τις δυσκολίες, μπορεί τώρα να γίνει σύγκριση ανάμεσα σε δύο μαύρες τρύπες στα αντίθετα άκρα του υπερμεγέθους φάσματος της μαύρης τρύπας, η μία με μάζα δισεκατομμύριο φορές τη μάζα του Ήλιου και η άλλη με μάζα εκατομμυρίου φορές τη μάζα του αστέρα μας. Το πρώτο συμπέρασμα είναι ότι αυτά τα μαγνητικά πεδία είναι εντυπωσιακά παρόμοια μεταξύ τους.
«Αυτή η ομοιότητα ήταν ιδιαίτερα εκπληκτική επειδή το M87* και το Sgr A* είναι πολύ διαφορετικές μαύρες τρύπες», είπε ο Issaoun. «Το M87* είναι μια πολύ ιδιαίτερη μαύρη τρύπα: έχει 6 δισεκατομμύρια ηλιακές μάζες, ζει σε έναν τεράστιο ελλειπτικό γαλαξία και εκπέμπει έναν ισχυρό πίδακα πλάσματος που είναι ορατός σε όλα τα μήκη κύματος.
«Το Sgr A*, από την άλλη πλευρά, είναι εξαιρετικά κοινό: έχει 4 εκατομμύρια ηλιακές μάζες, ζει στον συνηθισμένο σπειροειδή γαλαξία μας, τον Γαλαξία μας, και φαίνεται να μην έχει καθόλου πίδακα».
Ο Issaoun εξήγησε ότι κοιτάζοντας μόνο το πολωμένο μέρος του φωτός, η ομάδα περίμενε να μάθει για τις διαφορετικές ιδιότητες των μαγνητικών πεδίων του M87* και του Sgr A*.
«Ίσως ο ένας θα ήταν πιο τακτοποιημένος και πιο δυνατός και ο άλλος θα ήταν πιο άτακτος και πιο αδύναμος», πρόσθεσε ο Issaoun. «Αλλά επειδή μοιάζουν ξανά, είναι πλέον ξεκάθαρο ότι αυτές οι δύο διαφορετικές κατηγορίες μαύρων οπών έχουν πολύ παρόμοια γεωμετρία μαγνητικού πεδίου!»
Τα αποτελέσματα υποδηλώνουν ότι μια πιο εις βάθος μελέτη του Sgr A* θα μπορούσε να αποκαλύψει χαρακτηριστικά που δεν είχαν ανακαλυφθεί στο παρελθόν.
Η υπερμεγέθης μαύρη τρύπα του Milky Way εκτοξεύει έναν κρυφό πίδακα;
Η πόλωση του φωτός και τα καθαρά και ισχυρά μαγνητικά πεδία του Sgr A*, καθώς και το γεγονός ότι μοιάζουν πολύ με αυτά του M87*, μπορεί να υποδηλώνουν ότι η κεντρική μαύρη τρύπα μας κρατούσε μυστικό μέχρι τώρα.
«Υποθέτουμε ότι τα ισχυρά και διατεταγμένα μαγνητικά πεδία σχετίζονται άμεσα με την εκτόξευση πίδακα, όπως παρατηρήσαμε με το M87*», εξήγησε ο Issaoun. «Δεδομένου ότι το Sgr A* φαίνεται να έχει μια πολύ παρόμοια γεωμετρία χωρίς παρατηρούμενο πίδακα, μπορεί επίσης να υπάρχει ένας πίδακας που κρύβεται στο Sgr A* που περιμένει να παρατηρηθεί, κάτι που θα ήταν εξαιρετικά συναρπαστικό!»
Οι αστρονόμοι δεν εξεπλάγησαν ιδιαίτερα όταν δεν είδαν ένα πίδακα από το Sgr A*. Αυτό συμβαίνει επειδή το M87* περιβάλλεται από τόσο αέριο και σκόνη που καταπίνει δύο ή τρεις ήλιους κάθε χρόνο. Αυτό σημαίνει ότι τα μαγνητικά πεδία του έχουν άφθονο υλικό για να κατευθυνθούν στους πόλους του και να εκτοξευθούν ως πίδακες.
Το Sgr A*, από την άλλη, καταναλώνει τόσο λίγη ύλη που ισοδυναμεί με την κατανάλωση ενός κόκκου ρυζιού από έναν άνθρωπο κάθε εκατομμύριο χρόνια. Αυτές οι παρατηρήσεις υποδηλώνουν ότι η ετοιμοθάνατη υπερμεγέθης μαύρη τρύπα μας μπορεί να έχει ακόμα πίδακα. είναι απλά δύσκολο να το δεις.
«Υπάρχουν πολλές ενδείξεις πιθανών εκροών, ακόμη και πίδακες που κινούνταν από τη μαύρη τρύπα στο παρελθόν, αλλά ένα πίδακα στο Sgr A* δεν έχει ποτέ απεικονιστεί λόγω του δύσκολου περιβάλλοντος του γαλαξιακού κέντρου», είπε ο Issaoun Jet θα ήταν μια σημαντική αποκάλυψη. για τη δική μας Μαύρη τρύπα και μια σύνδεση με την ιστορία της στον Γαλαξία μας».
Πρόσθεσε ότι η διαδικασία που ενεργοποιεί αυτούς τους πίδακες είναι ο πιο ενεργητικός μηχανισμός σε ολόκληρο το σύμπαν και έχει δραματικές επιπτώσεις στις καρδιές των γαλαξιών, όπως η αποβολή του αερίου και της σκόνης που απαιτούνται για τη γέννηση των αστεριών και επηρεάζει την ανάπτυξη και την εξέλιξη των γαλαξιών. Αυτό σημαίνει ότι η ανακάλυψη ενός πίδακα που αναδύεται από το Sgr A* θα επηρεάσει την κατανόησή μας για το πώς ο Γαλαξίας μας εξελίχθηκε και πήρε τη μορφή που παρατηρούν σήμερα οι αστρονόμοι.
«Είναι τόσο εκπληκτικό που ένας τόσο μικρός πυρήνας σε έναν γαλαξία μπορεί να προκαλέσει τόσο μεγάλη ζημιά και όλα ξεκινούν από την άκρη της κεντρικής μαύρης τρύπας, όπου κυριαρχούν αυτά τα μαγνητικά πεδία», συνέχισε ο Issaoun.
Ο Issaoun είπε ότι με αυτές τις δύο πολωμένες εικόνες πολύ διαφορετικών μαύρων τρυπών, οι επιστήμονες έχουν τώρα πειστικά στοιχεία ότι ισχυρά μαγνητικά πεδία είναι πανταχού παρόντα σε αυτούς τους κοσμικούς τιτάνες.
«Το επόμενο βήμα», είπε, «περιλαμβάνει τον προσδιορισμό του τρόπου με τον οποίο αυτή η γεωμετρία σχετίζεται με το πώς αυτά τα συστήματα κινούνται, εξελίσσονται και φουντώνουν».
Το EHT θα ξεκινήσει την εκστρατεία παρατήρησης του 2024 στις αρχές Απριλίου. Η συνεργασία ελπίζει να αποκτήσει πολύχρωμες όψεις γνωστών μαύρων οπών όπως η M87* και η Sgr A* παρατηρώντας τις σε διαφορετικές συχνότητες φωτός.
«Την επόμενη δεκαετία, η προσπάθεια EHT επόμενης γενιάς στοχεύει να προσθέσει περισσότερα τηλεσκόπια για να γεμίσει τον εικονικό μας καθρέφτη στο μέγεθος της Γης και να παρατηρεί πολύ πιο συχνά», πρόσθεσε ο Issaoun. «Με αυτές τις επεκτάσεις στο EHT, θα είμαστε σε θέση να κάνουμε πολωμένα φιλμ μαύρων οπών και να παρατηρούμε άμεσα τη δυναμική μεταξύ της μαύρης τρύπας M87* και του πίδακα της».
παρόμοιες αναρτήσεις
— Πώς μερικές μαύρες τρύπες γίνονται τόσο μεγάλες; Το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb μπορεί να έχει μια απάντηση
– Το λαμπρότερο κβάζαρ που έχει δει ποτέ τροφοδοτείται από μια μαύρη τρύπα που τρώει «έναν ήλιο την ημέρα».
—Τα «αστέρια της grava» που μοιάζουν με μαύρες τρύπες θα μπορούσαν να στοιβάζονται σαν ρωσικές κούκλες τσαγιού
Επιπλέον, ο ερευνητής του CFI είπε ότι το EHT θα μπορούσε τελικά να λάβει βοήθεια στο διάστημα για την παρατήρηση των μαύρων τρυπών και τη δυναμική τους. Μια προτεινόμενη αποστολή που θα μπορούσε να βοηθήσει σε αυτό είναι η ιδέα της αποστολής Black Hole Explorer (BHEX), η οποία προσθέτει ένα ενιαίο διαστημικό τηλεσκόπιο στη συστοιχία EHT που βασίζεται στη Γη.
«Πόσο περιστρέφονται οι μαύρες τρύπες, η περιστροφή τους πιθανώς σχετίζεται άμεσα με το γιατί τα μαγνητικά πεδία κοντά στη μαύρη τρύπα φαίνονται όπως δείχνουν και πώς μπορούν να εκτοξεύσουν πίδακες», κατέληξε ο Issaoun. «Με το BHEX μπορέσαμε να απεικονίσουμε την ευκρινή υπογραφή του δακτυλίου φωτονίων των μαύρων οπών. Αυτός ο δακτύλιος φωτονίων κωδικοποιεί ιδιότητες του χωροχρόνου γύρω από τη μαύρη τρύπα, συμπεριλαμβανομένης της περιστροφής της μαύρης τρύπας!».
Η έρευνα της ομάδας EHT δημοσιεύθηκε την Τετάρτη (27 Μαρτίου) στο Astrophysical Journal Letters.