Вчені показали перше зображення енергетичного променя, який виривається з чорної діри

Вчені вперше показали знімок енергетичного променя, який виривається з надр чорної діри. Хоч це й не найдетальніший знімок, але він надає дослідникам купу нових даних про принцип роботи цих найзагадковіших об'єктів у космосі.

• Астрономи відкрили нову планету: вона більша за Землю і вкрита водою

Деталі

Вперше вченим вдалось зафіксувати джерело колосального струменя плазми, що вилітає в космос з краю надмасивної чорної діри M87*. Це також перший випадок, коли ми бачимо тінь чорної діри та її струмінь разом на одному зображенні. Це фото має допомогти астрономам зрозуміти, як генеруються ці гігантські потоки плазми. Ру-Сен Лу з Шанхайської астрономічної обсерваторії в Китаї зазначає:

Ми знаємо, що струмені викидаються з області, що оточує чорні діри, але ми все ще не до кінця розуміємо, як це насправді відбувається. Щоб вивчити це безпосередньо, нам потрібно спостерігати походження струменя якомога ближче до чорної діри.

Чорні діри відомі тим, що не випромінюють нічого, що людство могло б виявити. Вони настільки щільні, що простір-час фактично деформується в замкнуту сферу навколо них, тому жодна швидкість у Всесвіті не є достатньою для досягнення швидкості "втечі" з чорної діри. Але простір за межами цієї кулі, відомий як горизонт подій – це інша справа.

Тут область крайнощів, де панує гравітація. Будь-який матеріал поблизу потрапляє в пастку й долучається до яскравого диска космічного матеріалу, який впадає в чорну діру, як вода в каналізацію. Тертя та сила тяжіння нагрівають цей матеріал, змушуючи його світитися. Це помітно на відомому першому зображенні чорної діри M87*, яке було опубліковане у 2019 році.

Покращений перший знімок чорної діри M87*, на якому видно поляризовані промені

Але не весь матеріал неминуче потрапляє за горизонт подій. Якась його частина ковзає по краю горизонту подій перед тим, як бути запущеною в космос з полярних областей чорної діри, утворюючи струмені, які можуть рухатися зі значним відсотком швидкості світла та долати величезні відстані в міжзоряному просторі.

Астрономи вважають, що цей матеріал відхиляється від внутрішнього краю диска вздовж ліній магнітного поля за межі горизонту подій. Ці лінії магнітного поля прискорюють частинки так, що коли вони досягають полюсів, вони з великою швидкістю вилітають у космос.

Раніше вчені знали доволі мало деталей про ці енергетичні струмені. Відомо, що M87* має струмінь, який досягає 100 000 світлових років у радіохвилях, що приблизно дорівнює діаметру нашої галактики. Тож у 2018 році астрономи використали потужні радіотелескопи, об’єднані в глобальну mm-VLBI-матрицю (GMVA), щоб перевірити, чи зможуть вони детально зафіксувати регіон, з якого вилітають енергетичні струмені. Ру-Сен Лу зазначає:

М87* спостерігали протягом багатьох десятиліть і 100 років тому ми знали, що струмінь був там, але ми не могли поставити його в контекст. Завдяки GMVA, включаючи першокласні інструменти в NRAO та GBO, ми спостерігаємо на нижчій частоті, тому ми бачимо більше деталей.

Галактика M87 розташована на відстані приблизно 55 мільйонів світлових років від нас і містить надмасивну чорну діру, маса якої приблизно в 6,5 мільярдів разів перевищує масу Сонця, активно накопичуючи речовину з диска навколо неї. Зображення, зроблене EHT й опубліковане у 2019 році, уперше показало тінь цієї чорної діри – темну область посеред сяючого кільця матеріалу, спотвореного гравітаційною кривизною простору-часу.

Зображення, зроблене телескопом EHT й опубліковане у 2019 році

Нове зображення показує ширшу область простору, ніж зображення EHT. Воно показує, що розмір плазми навколо M87* набагато більший, ніж ми бачимо на зображенні EHT, на додаток до джерела струменя. Астроном Тоні Мінтер з Національної радіоастрономічної обсерваторії зазначає:

Оригінальне EHT-зображення показало лише частину акреційного диска, що оточує центр чорної діри. Змінивши довжину хвилі спостереження з 1,3 міліметра до 3,5 міліметра, ми можемо побачити більше акреційного диска, а тепер і струмінь, одночасно. Це показало, що кільце навколо чорної діри на 50 відсотків більше, ніж ми вважали раніше.

Нове зображення також надало нову інформацію про те, як струмінь запускається з області космосу навколо чорної діри, підтверджуючи, що лінії магнітного поля дійсно відіграють вирішальну роль у викиданні матеріалу для запуску у вигляді струменів. Але вони діють не самі. Від диска виходить потужний вітер, що живиться тиском випромінювання. Цей вітер, як видно на зображенні, сприяє створенню струменя M87.

Нове зображення, що показує генерацію струменя, а також тінь і кільце навколо чорної діри. Фото: R.-S. Lu/SHAO, E. Ros/MPIfR, S. Dagnello/NRAO/AUI/NSF

Це досить значний прорив у науці про чорні діри, але дослідникам все ще багато невідомо. Астроном Едуардо Рос з Інституту радіоастрономії Макса Планка в Німеччині підкреслює:

«Ми плануємо спостерігати область навколо чорної діри в центрі M87 на різних довжинах радіохвиль, щоб далі вивчати випромінювання струменя», — говорить . «Найближчі роки будуть захоплюючими, оскільки ми зможемо більше дізнатися про те, що відбувається поблизу однієї з найзагадковіших областей у Всесвіті».

Раніше астрономи знайшли планету TOI-700e розміром із нашу. На ній найімовірніше є вода і, можливо, життя.