Астрономи розглянули магнітне поле навколо чорної діри в центрі Чумацького Шляху

Астрономи з США, Іспанії та Японії виміряли поляризаційну картину околиць надмасивної чорної діри, що знаходиться в центрі Чумацького Шляху, і показали, що магнітне поле стискається і вирівнюється потоками випромінювання зірок. Стаття опублікована в.

У центрі більшості відомих галактик знаходяться надмасивні чорні діри, які поглинають і розігрівають навколишню матерію, а також спотворюють траєкторії зірок, що проходять поблизу. Зокрема, такий об'єкт - чорна діра SgrA * - знаходиться і в центрі Чумацького Шляху. Цей об'єкт має масу трохи більше чотирьох мільйонів мас Сонця і віддалений від Землі на відстань близько 26 тисяч світлових років.

На жаль, у видимому діапазоні розгледіти околиці галактичного центру не можна, оскільки випромінювання поглинається хмарами пилу і газу і не доходить до Землі. З іншого боку, інфрачервоне, рентгенівське і радіохвильове випромінювання поглинається такими хмарами набагато менше, що дозволяє астрономам детально досліджувати околиці чорної діри в цих діапазонах.

Група вчених під керівництвом Патріка Роше (Patrick Roche) повідомляє про докладний вимір поляризації інфрачервоного випромінювання, що приходить з квадрата розміром 2,5 ст.12,5 світлових роки в околицях чорної діри SgrA *. Для цього вони протягом тижня спостерігали за цією ділянкою за допомогою 10,4-метрового Великого Канарського телескопа. Довжина хвилі реєстрованого випромінювання залишала 12,5 мікрометрів, що дозволяє здатність телескопа досягала 0,45 кутових секунд.

Для визначення поляризації випромінювання пропускалося через напівхвильову платівку і прямувало на призму Волластона, яка розділяла його на звичайний і незвичайний промені (подвійне променепреломління). Обидва промені реєструвалися окремо. Потім вчені витягували з отриманих даних за допомогою програми параметри Стокса і вираховували з їх допомогою ступінь поляризації випромінювання. Дослідники повторювали ці дії для різних кутів повороту платівки, щоб знайти, при яких кутах поляризація була максимальною.

Крім того, вчені весь час стежили, чи не вносить додатковий внесок у поляризацію присутній у повітрі водяної пар (простіше кажучи, хмари, які встають між телескопом і об'єктом), проте протягом усього періоду вимірювань умови були хорошими, і відбраковувати дані не довелося. Також вони зробили поправку на те, що поляризацію випромінювання може змінити міжзоряний газ - цей внесок вчені оцінили за спостереженнями за тією ж ділянкою на інших довжинах хвиль.

У підсумку вчені побудували картину досліджуваної області, яка відображає величину і напрямок поляризації. На цій картині легко розгледіти дві області, які відповідають «північній руці» (northern arm) і «горизонтальній смузі» (east-west bar). У кожній з цих областей параметри випромінювання залишаються практично постійними, причому максимум величини поляризації досягається в «північній руці» і становить приблизно 12 відсотків. Цікаво, що параметри поляризації слабо змінюються навколо зірок «північної руки».

Нарешті, поляризацію випромінювання можна пов'язати з напрямком магнітного поля, що пронизує околиці чорної діри. Оскільки вісь частинок, що обертаються в магнітному полі, вибудовується перпендикулярно цьому полю, їх випромінювання теж буде поляризовано перпендекулярно полю. Отже, в точках, випромінювання яких поляризоване однаково, магнітне поле теж скорельоване. Це означає, що самі по собі зірки слабо впливають на магнітні поля в своїх околицях. Водночас збереження напрямку поляризації в межах «смуг» може вказувати на те, що потоки речовини (outflow), що виходять із зірок, стискають і вирівнюють поле.

Варто зазначити, що астрономи і раніше розглядали околиці чорної діри SgrA * і навіть створили їх панорамну візуалізацію. У тому числі вчені виміряли поляризацію інфрачервоного випромінювання «смуг» і оцінили величину магнітного поля, проте роздільна здатність отриманих зображень була меншою, ніж у цьому дослідженні (приблизно вдвічі).

У грудні минулого року астрономи виміряли магнітне поле чорної діри, яка знаходиться в подвійній системі V404 Лебедя на відстані близько восьми тисяч світлових років від Землі (це приблизно в три рази ближче, ніж чорна діра в центрі Чумацького Шляху). Також нещодавно астрофізик з МФТІ показала, як можна розрахувати потік магнітного поля через джет, що виходить з чорної діри.