Теоретики обнаружили в окрестностях суперуiversalной черной дыры M87* непредвиденные колебания магнитного поля.

Новости МирТесен

Коллаборация Event Horizon Telescope (EHT) представила новую серию наблюдений за сверхмассивной черной дырой в центре галактики M87, обозначенной как M87*. Публикация состоялась 16 сентября 2025 года. Снимки, полученные с 2017 по 2021 год, демонстрируют необычное поведение магнитных полей рядом с горизонтом событий. Данные показали, что направление поляризованного света изменяется со временем.

Согласно результатам, представленным в статье, опубликованной в журнале Astronomy & Astrophysics, ученые смогли наблюдать изменения поляризованного света, то есть света с определенной ориентацией электромагнитных волн, вблизи черной дыры с течением времени. В 2017 году силовые линии магнитного поля демонстрировали закручивание в одном направлении, однако к 2021 году они изменили свою ориентацию и развернулись в противоположную сторону. Полученные данные свидетельствуют о том, что плазма, обладающая магнитными свойствами и находящаяся вблизи горизонта событий, не является постоянной и характеризуется сложным, турбулентным развитием.

Галактика M87 расположена на удалении приблизительно в 55 миллионов световых лет от Земли, а масса её сверхмассивной чёрной дыры в 6 миллиардов раз больше массы Солнца. Именно этот объект стал первым, запечатлённым EHT в 2019 году, а в 2021 году было получено его изображение в поляризованном свете. Новая серия наблюдений, проводившихся в течение многих лет, позволит начать отслеживать возможные изменения физических процессов вокруг черной дыры.

Исследование физической среды вблизи горизонта событий черных дыр возможно благодаря поляризации света. Она служит фундаментальным инструментом для этого. В частности, ориентация и геометрия магнитных полей могут быть восстановлены путем анализа плазмы (ионизированного горячего газа), вращающейся вокруг черной дыры. Новые наблюдения EHT за M87* в 2017, 2018 и 2021 годах продемонстрировали явное изменение направления поляризации. Это указывает на глубокую перестройку локального магнитного поля.

В 2017 году линии поляризации были ориентированы в одном направлении вдоль наиболее яркой части кольца. К 2021 году их ориентация изменилась на противоположную, однако упорядоченность структуры сохранилась. Данное явление можно объяснить изменениями в плазме, расположенной вблизи горизонта событий, а также такими эффектами, как «вращение Фарадея» — отклонение поляризации света при его прохождении через намагниченные области на пути наблюдения.

Изображения, полученные в результате работы, объединяют информацию из разных наблюдательных диапазонов и используют несколько способов восстановления данных, что гарантирует надёжный и единообразный результат. Даже при изменении поляризации, размер и конфигурация светящегося кольца остаются неизменными, что с высокой степенью достоверности подтверждает предсказания общей теории относительности.

Полученные данные свидетельствуют о том, что, несмотря на кажущуюся неизменность изображения черной дыры во времени, процессы, происходящие в плазме вблизи горизонта событий, характеризуются динамичностью и сложностью. Следовательно, поляризация предоставляет возможность отслеживать изменение магнитных полей в масштабах нескольких лет, что является принципиально новым подходом в исследовании сверхмассивных черных дыр.

Наблюдения 2021 года впервые предоставили EHT прямые данные о протяженном излучении от релятивистской струи (джета), находящейся в области, близкой к черной дыре M87*. Помимо вариаций в картине поляризации, эти наблюдения позволили сделать это открытие. Излучение исходит из так называемого «основания джета» — области, где пучок частиц с чрезвычайно высокими энергиями формируется и ускоряется перед распространением на галактические расстояния.

Благодаря расширению сети EHT, включающему в себя радиотелескопы Китт-Пик (Аризона, США) и NOEMA (Франция), стало возможным зафиксировать это явление. Добавление этих телескопов позволило существенно повысить покрытие и чувствительность интерферометра, обеспечивая разрешение в масштабе менее миллиардной секунды. Это позволило получить одну из первых оценок излучения, расположенного за пределами видимого кольца, окружающего тень черной дыры, на частоте 230 ГГц, используемой для наблюдений EHT.

Представленные данные являются значимым началом пути к непосредственной связи между пространством вблизи горизонта событий и зонами формирования и стабилизации релятивистской струи. Согласно моделям аккреции, запуск струи обусловлен полоидальным магнитным полем и энергией вращения черной дыры. Следовательно, прямое наблюдение излучения в основании струи предоставляет новое экспериментальное ограничение для проверки этих сценариев.

Возможность проведения наблюдений в 2021 году стала результатом расширения и модернизации сети радиотелескопов EHT, расположенных в различных точках земного шара и объединенных с использованием технологии интерферометрии со сверхдлинными базами (VLBI). Включение в сеть двух новых телескопов – Китт-Пик и NOEMA – повысило чувствительность системы и улучшило качество получаемых изображений, что позволило зарегистрировать более слабые сигналы и выявить незначительные детали в центральной области галактики M87.

Уже функционирующие телескопы, включая Гренландский телескоп и телескоп Джеймса Клерка Максвелла, продемонстрировали улучшенную производительность благодаря новым калибровочным процедурам и техническим усовершенствованиям. Это позволило повысить общую надёжность получаемых данных и обеспечить возможность проведения точных сопоставлений между наблюдениями, выполненными в различные периоды времени. Сокращение расстояний между телескопами – новых, более коротких баз – позволило обнаружить слабое и рассеянное излучение джета вблизи чёрной дыры, которое ранее было незаметным.

Полученные данные, основанные на многолетних наблюдениях, являются важным этапом в исследовании динамических процессов, происходящих вблизи горизонта событий. В дальнейшем совместная работа будет направлена на повышение частоты наблюдений, с целью создания временного ряда – своеобразной видеозаписи, которая в реальном времени зафиксирует изменения в структуре джета и поляризации. Это позволит более детально изучить физику черных дыр и установить взаимосвязь между аккрецией, магнитными полями и образованием джетов.