Nowe zdjęcie z Teleskopu Horyzontu Zdarzeń (EHT) ukazało silne i uporządkowane pola magnetyczne wirujące wokół krawędzi supermasywnej czarnej dziury Sagittarius A* (Sgr A*).
To pierwsze spojrzenie w spolaryzowanym świetle na potwora ukrytego w sercu Drogi Mlecznej ujawniło strukturę pola magnetycznego, która jest wyjątkowo podobna do tej, którą można zaobserwować w centrum galaktyki M87, co sugeruje, że silne pola magnetyczne mogą być powszechne dla wszystkich supermasywnych czarnych dziur. To podobieństwo wskazuje także na istnienie ukrytego strumienia w Sgr A*.
Naukowcy zaprezentowali w 2022 roku pierwszy obraz Sgr A* — supermasywnej czarnej dziury, która znajduje się około 27 000 lat świetlnych od Ziemi, pokazując, że chociaż supermasywna czarna dziura w Drodze Mlecznej jest ponad tysiąc razy mniejsza i mniej masywna niż M87, to wygląda zaskakująco podobnie. To skłoniło naukowców do zastanowienia się, czy obie dziury mają wspólne cechy poza swoim wyglądem. Aby to sprawdzić, zespół postanowił zbadać Sgr A* w spolaryzowanym świetle. Poprzednie badania światła wokół M87* ujawniły, że pola magnetyczne wokół gigantycznej czarnej dziury umożliwiają jej wystrzeliwanie potężnych strumieni materiału zgromadzonego w dysku akrecyjnym z powrotem do otoczenia. Na podstawie tych prac, nowe obrazy ujawniły, że to samo może mieć miejsce w przypadku Sgr A*.
Najnowsze filmy
Projekt Event Horizon Telescope (EHT), znany z wykonania historycznego pierwszego zdjęcia czarnej dziury w naszej Drodze Mlecznej, opublikowanego w 2022 roku, dostarczył nowych obserwacji masywnego obiektu w sercu Galaktyki, ukazując go w świetle spolaryzowanym. Jest to pierwsza taka sytuacja, gdy udało się zmierzyć polaryzację, będącą odzwierciedleniem pól magnetycznych, tak blisko brzegu Sagittarius A*. Otrzymany obraz ukazuje czarną dziurę Drogi Mlecznej w nowym świetle, gdzie linie wskazują na kierunek polaryzacji, co jest powiązane z polem magnetycznym otaczającym cień horyzontu zdarzeń czarnej dziury.
Sara Issaoun, stypendystka Programu Hubble’a NASA i Fellow Einstein w Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian, pełniąca również funkcję współkierownika projektu, skomentowała: „Obecnie obserwujemy silne, skręcone i uporządkowane pola magnetyczne znajdujące się w pobliżu centralnej czarnej dziury naszej Galaktyki. To, że struktura polaryzacji Sgr A* jest tak zaskakująco podobna do tej zaobserwowanej przy znacznie większej i potężniejszej czarnej dziurze M87*, uświadamia nam, jak istotne są silne i uporządkowane pola magnetyczne dla dynamiki między czarnymi dziurami a otaczającym je gazem i materią”.
Światło jest oscylującą falą elektromagnetyczną. W niektórych sytuacjach, jego oscylacje zachodzą spójnie w określonym kierunku, co określamy mianem światła „spolaryzowanego”. Mimo że otacza nas światło spolaryzowane, dla ludzkiego oka nie różni się ono od światła „zwykłego”. W obszarze plazmy wokół czarnych dziur, cząstki krążące wzdłuż linii pola magnetycznego generują wzorzec polaryzacji, który jest prostopadły do tych linii. Umożliwia to astronomom dokładniejsze obserwacje zjawisk zachodzących w obszarach czarnych dziur oraz mapowanie linii ich pola magnetycznego.
Źródło: NASA, ESA, CSA, STScI, Samuel Crowe (UVA)
Angelo Ricarte, stypendysta z Harvard Black Hole Initiative i współkierownik projektu, podkreślił, że Dzięki analizie spolaryzowanego światła emitowanego przez gorący, świecący gaz w pobliżu czarnych dziur, możemy bezpośrednio wnioskować o strukturze i sile pola magnetycznego, które wpływa na przepływ gazu i materii absorbowanej oraz wyrzucanej przez czarną dziurę. Spolaryzowane światło dostarcza nam głębszych informacji na temat astrofizyki, właściwości gazów oraz procesów zachodzących podczas akrecji materii przez czarne dziury.
Uchwycenie obrazów czarnych dziur w świetle spolaryzowanym stanowi zadanie znacznie bardziej skomplikowane niż prosty gest założenia okularów polaryzacyjnych, szczególnie w przypadku Sgr A*, której dynamiczne zmiany nie pozwalają na utrwalenie jej w bezruchu. Technika ta wymaga użycia zaawansowanego sprzętu, który wykracza poza metodologie stosowane dotychczas do obserwacji M87* – obiektu o znacznie większej stabilności. Geoffrey Bower, członek zespołu EHT z Instytutu Astronomii i Astrofizyki Academia Sinica na Tajwanie, przyrównał proces tworzenia obrazu spolaryzowanego do odkrywania treści książki, której dotąd znaliśmy tylko okładkę. Z uwagi na ruchliwość Sgr A*, nawet stworzenie jej niespolaryzowanego obrazu było wyzwaniem, a pierwszy obraz jest wynikiem uśrednienia wielu ujęć, wymuszonych przez ruch samej czarnej dziury. Jak stwierdził: „Odczuliśmy ulgę, mogąc stworzyć obraz spolaryzowany, mimo iż niektóre modele były zbyt chaotyczne i turbulentne, by to umożliwić. Na szczęście natura okazała się mniej okrutna niż przypuszczaliśmy”.
Obrazy obu supermasywnych czarnych dziur przedstawione w świetle spolaryzowanym budzą entuzjazm naukowców, ponieważ dostarczają nowych narzędzi do analizy i porównywania czarnych dziur o różnych rozmiarach i masach. Wraz z rozwojem technologii te obrazy mogą odkryć przed nami jeszcze więcej tajemnic dotyczących czarnych dziur, ich podobieństw oraz różnic.
Mariafelicia De Laurentis, zastępca kierownika projektu EHT i profesor na Uniwersytecie Neapolitańskim Federico II we Włoszech, zauważyła: „Podobieństwo struktury pola magnetycznego między M87* a Sgr A* ma istotne znaczenie, sugerując uniwersalność procesów fizycznych rządzących mechanizmem żywienia się czarnych dziur i generowania przez nie dżetów, niezależnie od ich masy, rozmiaru czy środowiska. Ta obserwacja pozwala na udoskonalenie naszych modeli teoretycznych i symulacji, co z kolei przyczynia się do głębszego zrozumienia interakcji materii w pobliżu horyzontu zdarzeń czarnych dziur”.
Patronite
Zostań Patronem Astrofazy! Pomóż rozwijać projekt i zyskaj dostęp do bonusowych treści!Od 2017 roku EHT przeprowadził serię obserwacji, planując kolejne obserwacje Sgr A* w kwietniu 2024 roku. Dzięki ciągłemu doskonaleniu technologicznemu, w tym dodawaniu nowych teleskopów, rozszerzaniu pasma i wprowadzaniu nowych częstotliwości obserwacji, jakość obrazów stale się poprawia. Przewiduje się, że zaplanowane na najbliższą dekadę rozszerzenia projektu umożliwią tworzenie filmów wysokiej jakości z Sgr A*, odsłonią potencjalnie ukryte dżety i pozwolą na obserwację podobnych cech polaryzacji w innych czarnych dziurach. Co więcej, EHT obiecuje dostarczyć jeszcze ostrzejsze obrazy czarnych dziur niż do tej pory.
W centrum naszej galaktyki kryje się tajemniczy gigant – supermasywna czarna dziura znana jako Sagittarius A* (Sgr A*). Podobnie, w sercu galaktyki M87, znajduje się kolejna monumentalna czarna dziura – M87*. Choć obie te czarne dziury dzielą odległości międzygalaktyczne, badania przeprowadzone przez Event Horizon Telescope (EHT) ujawniły fascynujące podobieństwa między tymi kosmicznymi kolosami, jednocześnie podkreślając różnice wynikające z ich unikalnych środowisk.
Najbardziej uderzającym odkryciem EHT było to, jak podobne są pola magnetyczne otaczające obie czarne dziury. Zarówno w przypadku Sgr A*, jak i M87*, obserwacje w świetle spolaryzowanym ujawniły zorganizowane struktury pola magnetycznego, które odgrywają kluczową rolę w kształtowaniu akrecji materii i możliwym wyrzucaniu dżetów. Ta podobieństwo sugeruje, że niezależnie od rozmiaru czy aktywności, supermasywne czarne dziury mogą podążać za zbliżonymi procesami fizycznymi w swoim najbliższym otoczeniu.
Mimo ich podobieństw, Sgr A* i M87* różnią się znacząco skalą i aktywnością. M87* jest znacznie większa i aktywniejsza niż Sgr A*. W przypadku tej pierwszej mówimy o masie około 6,6 miliarda mas słońca, podczas gdy nasza rodzima supermasywna czarna dziura to masa około 4,5 miliona mas naszej gwiazdy. M87* posiada również jeden z najjaśniejszych i najbardziej energicznych dżetów w obserwowanym wszechświecie, który rozciąga się na tysiące lat świetlnych, podczas gdy Sgr A* wydaje się być znacznie spokojniejsza, z mniej oczywistym dżetem. Te różnice mogą być wynikiem różnic w masie, zasilaniu w materię i otoczeniu obu czarnych dziur.
Obie czarne dziury mają kolosalny wpływ na swoje galaktyki. W przypadku M87*, jej energiczny dżet i radiacja mogą oddziaływać z otaczającym ją środowiskiem galaktycznym na niewyobrażalnie duże odległości, wpływając na formowanie gwiazd i ewolucję galaktyki. Z kolei Sgr A*, mimo swojej stosunkowo spokojnej natury, odgrywa kluczową rolę w dynamice centralnej części Drogi Mlecznej, w tym w ruchach gwiazd i gromadzeniu materii.
Porównanie Sgr A* i M87* daje naukowcom niezwykłą możliwość zrozumienia uniwersalnych procesów rządzących supermasywnymi czarnymi dziurami. Odkrycia te nie tylko rzucają światło na mechanizmy akrecji i wyrzucania dżetów, ale również pomagają udoskonalić teoretyczne modele czarnych dziur, przyczyniając się do głębszego zrozumienia fundamentalnych praw rządzących naszym wszechświatem.
Studium Sgr A* i M87* przez EHT otwiera nowy rozdział w badaniach kosmologicznych, podkreślając zarówno uniwersalność jak i indywidualność procesów kosmicznych. Te odkrycia nie tylko poszerzają naszą wiedzę o czarnych dziurach, ale również inspirują do dalszych badań tych enigmatycznych obiektów
Projekt Event Horizon Telescope (EHT) łączy siły ponad 300 badaczy z całego świata, w tym z Afryki, Azji, Europy, Ameryki Północnej i Południowej, w celu stworzenia najbardziej szczegółowych do tej pory obrazów czarnych dziur. Przez realizację koncepcji wirtualnego teleskopu o rozmiarach Ziemi, wspieranego znaczącymi międzynarodowymi inwestycjami, EHT łączy istniejące teleskopy przy użyciu innowacyjnych systemów. Efektem jest instrument o bezprecedensowej rozdzielczości kątowej.
W kwietniu 2017 roku, podczas kluczowych obserwacji, w projekt EHT zaangażowane były następujące teleskopy: Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), Atacama Pathfinder EXperiment (APEX), 30-metrowy teleskop Institut de Radioastronomie Millimetrique (IRAM), teleskop Jamesa Clerka Maxwella (JCMT), Wielki Teleskop Milimetrowy Alfonso Serrano (LMT), Submillimeter Array (SMA), Submilimetrowy Teleskop Uniwersytetu Arizony (SMT) oraz Teleskop Południowego Bieguna (SPT). Od tamtego czasu, sieć EHT rozszerzyła się o Teleskop Grenlandzki (GLT), Rozszerzoną Północną Sieć Milimetrową IRAM (NOEMA) i 12-metrowy Teleskop Uniwersytetu Arizony na Kitt Peak.
W skład konsorcjum EHT wchodzi 13 instytucji: Instytut Astronomii i Astrofizyki Academia Sinica, Uniwersytet Arizony, Uniwersytet Chicagowski, Obserwatorium Wschodnioazjatyckie, Uniwersytet Goethego we Frankfurcie, Institut de Radioastronomie Millimétrique, Wielki Teleskop Milimetrowy, Instytut Maxa Plancka do spraw Radioastronomii, Obserwatorium Haystack MIT, Narodowe Obserwatorium Astronomiczne Japonii, Perimeter Institute for Theoretical Physics, Uniwersytet Radboud oraz Obserwatorium Astronomiczne Smithsonian.
