Международная группа радиоастрономов, которая годами пристально наблюдала за гигантской черной дырой, опубликовала то, что она назвала самым интимным портретом сил, которые порождают квазары, светящиеся фонтаны энергии, которая может достигать межзвездного и межгалактического пространства и нарушать рост далеких галактик.
Рассматриваемая черная дыра - это монстр, который в 6,5 миллиардов раз массивнее Солнца, и он находится в центре эллиптической галактики Мессье 87, в созвездии Девы. Два года назад команда сфотографировала его, получив первое в истории изображение черной дыры. Оно было похоже на кольцо дыма, как и предполагал Альберт Эйнштейн около века назад. Команда ученых последние два года потратила на анализ и сбор дополнительных данных о поляризации радиоволн, для понятия формы магнитных излучений в циркулирующих газах вокруг дыры. Теперь, на новом обработанном изображении, черная дыра M87 выглядит как мелко усатый вихрь, похожий на крутящиеся лопасти вентилятора, накачивающий материю в черную дыру и энергию в космос.
«Это все равно, что надеть пару поляризованных солнцезащитных очков в яркий солнечный день — внезапно вы можете увидеть, что происходит», - сказал Шеперд Доулман, астроном из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики. «Теперь мы действительно можем увидеть структуру этих полей в M87 и начать изучать, как черная дыра направляет материю к своему центру», - сказал он.
Жанна Левин, астрофизик из Колледжа Барнарда Колумбийского университета, изучающая черные дыры, но не входившая в команду Event Horizon, назвала результаты «захватывающими», поскольку они раскрыли подробности того, как черная дыра может создавать «смертоносные, мощные, астрономические объекты».
Черные дыры - это бездонные ямы в нашем временном пространстве, которые не может покинуть даже свет, из-за чудовищно сильной гравитации; все, что входит туда, по сути, исчезает из Вселенной. Космос усыпан черными дырами. Многие из них - мертвые звезды, которые катастрофически обрушились на себя. Одна находится в центре почти каждой галактики и в миллионы или миллиарды раз массивнее любой звезды.
Как ни парадоксально, несмотря на их способность поглощать свет, черные дыры - самые светящиеся объекты во Вселенной. Материал - газ, пыль, измельченные звезды - который падает в черную дыру, нагревается до миллионов градусов. Большая часть этого вещества попадает в черную дыру, но некоторая часть выталкивается, как зубная паста, огромным давлением и магнитными полями. Как вся эта энергия возникает и направляется, астрономам неизвестно. Такие фейерверки, которые могут в тысячу раз затмить галактики, можно увидеть по всей Вселенной; когда они впервые были обнаружены в начале 1960-х годов, они были названы квазарами. Это открытие заставило физиков и астрономов серьезно отнестись к идее о существовании черных дыр.
В 2009 году, стремясь изучить лежащие в основе механизмы и проверить предсказания Эйнштейна о черных дырах, доктор Доулман и его коллеги создали телескоп Event Horizon Telescope, и международный союз, в который сейчас входят около 300 астрономов из 13 организаций.
Телескоп назван в честь точки невозврата вокруг черной дыры; за горизонтом событий весь свет и материя исчезают. В апреле 2017 года, когда телескоп в течение 10 дней наблюдал за M87, он состоял из восьми радиообсерваторий по всему миру - «телескоп размером с весь мир», как любит говорить д-р Доулман, способный улавливать даже самые мелкие детали. Затем команде потребовалось два года, чтобы обработать данные. Результаты были получены в апреле 2019 года, когда доктор Доулман и его коллеги представили первые в истории изображения - точнее, радиокарты - черной дыры, монстра в M87.
Впервые столкновение черных дыр было «услышано» в 2015 г. Гравитационно-волновой обсерваторией с лазерным интерферометром. Теперь их можно было рассматривать как чернильный портал небытия, обрамленный кружащимся бубликом из лучистого газа в центре галактики Мессье 87. «Мы видели то, что считали невидимым», - сказал тогда доктор Доулман. Картина появилась на первых полосах газет по всему миру, а копия сейчас находится в постоянной коллекции Музея современного искусства в Нью-Йорке.
Вид на Мессье 87 в созвездии Девы, телескопом Европейской южной обсерватории
Исследователям потребовалось еще два года, чтобы получить поляризованные изображения. В М87 излучение всех форм энергии растекается на более чем 100 000 световых лет от черной дыры.
Недавно обработанное изображение позволяет астрономам выявить происхождение этих полей до их происхождения в горячем хаотическом кольце наэлектризованного газа или плазмы, диаметром около 30 миллиардов миль, что больше в четыре раза орбиты Плутона. Это достижение стало возможным, потому что свет от диска частично поляризован, вибрируя больше в одном направлении, чем в других.
«Направление и интенсивность поляризации на изображении говорят нам о магнитных полях вблизи горизонта событий черной дыры», - сказал Эндрю Чейл, астрофизик из Принстонского университета, член команды Event Horizon.
В течение многих лет астрономы обсуждали, были ли магнитные поля, окружающие так называемые черные дыры низкой светимости, такие как M87, слабыми и турбулентными или «сильными» и когерентными. В этом случае, сказал доктор Чаэль, магнитные поля достаточно сильны, чтобы прервать падение газа и передать энергию от вращающейся черной дыры к струе.
«Изображения EHT также указывают на то, что яркая струя в M87 на самом деле питается от вращательной энергии черной дыры, которая скручивает магнитные поля при ее вращении», - сказал Майкл Джонсон, другой член Event Horizon из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики.
В результате, по словам доктора Доулмана, «это придает излучаемым радиоволнам азимутальный поворот», наблюдаемый в изгибе новых поляризованных изображений. Он отметил, что азимутальный поворот будет «прекрасным названием для коктейля».
По словам доктора Доулмана, побочным продуктом этой работы стало то, что астрономы смогли оценить скорость, с которой черная дыра питается окружающей средой. По-видимому, она не очень голодна; черная дыра съедает «ничтожную» одну тысячную массы Солнца в год.
«Тем не менее, этого достаточно для запуска мощных реактивных двигателей, которые простираются на тысячи световых лет, и он достаточно яркий, чтобы мы могли запечатлеть его с помощью EHT», - сказал он. Доктор Доулман уже закладывает основу для того, что он называет телескопом Event Horizon «следующего поколения», который будет снимать видео с этой магнитной силовой установкой в действии. «Это действительно следующий большой вопрос», - сказал д-р Доулман. «Как магнитные поля извлекают энергию из вращающейся черной дыры? Мы знаем, что это происходит, но не знаем, как это работает».
