Vědci odhalili silné magnetické pole vířící na okraji černé díry ve středu Mléčné dráhy

Nový pohled odhalil strukturu magnetického pole nápadně podobnou struktuře černé díry v centru galaxie M87, což naznačuje, že silná magnetická pole mohou být společná všem černým dírám. Tato podobnost rovněž naznačuje, že by se v Sgr A* mohl nacházet skrytý výtrysk. Výsledky byly tento týden zveřejněny v časopise The Astrophysical Journal Letters.

V roce 2022 vědci představili první snímek Sgr A* na tiskových konferencích po celém světě, včetně Evropské jižní observatoře (ESO). Přestože supermasivní černá díra ve středu Mléčné dráhy, vzdálená zhruba 27 000 světelných let od Země, je více než tisíckrát menší a lehčí než první zobrazená černá díra M87, pozorování odhalila, že obě vypadají nápadně podobně.

Související

Lukáš Bauer

Zajímavou souvislost mezi vodou a vznikem planet…

Marek Kuřina

Průlomový výzkum odhaluje tajemství zrodu planet…

To vědce přimělo k zamyšlení, zda mají i další společné rysy. Aby to zjistili, rozhodli se studovat Sgr A* v polarizovaném světle. Předchozí studium světla v okolí černé díry M87* odhalilo, že magnetická pole umožňují černé díře vypouštět silné výtrysky materiálu zpět do okolního prostředí. Na to navázaly tyto nové snímky odhalující, že totéž může platit i pro Sgr A*.

"Vidíme, že v blízkosti černé díry ve středu Mléčné dráhy existují silná, zatočená, uspořádaná magnetická pole," říká Sara Issaoun, jedna z vedoucích projektu v rámci programu NASA Hubble Fellowship Program Einstein Fellow v Centru pro astrofyziku. "Tím, že Sgr A* má nápadně podobnou polarizační strukturu jako mnohem větší a silnější černá díra M87*, jsme zjistili, že silná a uspořádaná magnetická pole jsou rozhodující pro to, jak černé díry interagují s plynem a hmotou ve svém okolí."

Světlo je kmitající elektromagnetické vlnění, díky kterému vidíme objekty kolem nás. Někdy světlo kmitá jen v určitém směru a říkáme mu "polarizované". Přestože nás polarizované světlo obklopuje, pro lidské oči je nerozeznatelné od "normálního" světla. V plazmatu v okolí černých děr částice vířící kolem magnetických siločar propůjčují světlu polarizační vzor kolmý na magnetické pole. Díky tomu mohou astronomové stále detailněji sledovat dění kolem černých děr a mapovat jejich magnetické siločáry.

"Ze snímků polarizovaného světla pocházejícího z horkého a žhavého plynu v blízkosti černých děr přímo vyvozujeme strukturu a sílu magnetických polí, která se táhnou proudem plynu a hmoty, jimiž se černá díra živí a které vyvrhuje," řekl Angelo Ricarte, člen Harvard Black Hole Initiative a další vedoucí projektu. "Díky polarizovanému světlu se toho dozvídáme mnohem více o astrofyzice, vlastnostech plynu a mechanismech, které se odehrávají, když černá díra pohlcuje hmotu." 

K zobrazení černých děr v polarizovaném světle však nestačí nasadit polarizační sluneční brýle. Pro Sgr A*, která se mění tak rychle, že ji nelze zachytit v klidu, to platí dvojnásobně. Zobrazení této supermasivní černé díry vyžaduje sofistikované nástroje, které předčí dokonce i ty, jež byly dříve použity k zachycení mnohem stabilnější M87*.

Vedoucí vědecký pracovník projektu EHT Geoffrey Bower z Institute of Astronomy and Astrophysics k tomu říká: "Protože se Sgr A* během fotografování pohybuje, bylo obtížné zkonstruovat i nepolarizovaný snímek." Dodal, že první snímek Sgr A* byl z tohoto důvodu ve skutečnosti průměrem několika snímků. "Když se ukázalo, že zvládneme udělat polarizovaný snímek, byla to velká úleva. Některé modely byly totiž příliš divoké na to, aby bylo možné zkonstruovat polarizovaný obraz, ale příroda k nám naštěstí nebyla tak krutá."

Mariafelicia De Laurentis, vědecká pracovnice projektu EHT a profesorka na Neapolské univerzitě Federico II v Itálii, říká: "U vzorku dvou černých děr - s velmi rozdílnými hmotnostmi a velmi rozdílnými hostitelskými galaxiemi - je důležité určit, v čem jsou stejné a v čem se liší. Vzhledem k tomu, že obě mají nápadná magnetická pole, může se jednat o univerzální a možná základní vlastnost tohoto typu systému. Jednou z podobností mezi těmito dvěma černými dírami by mohl být výtrysk, ale zatímco v M87* jsme ho zobrazili velmi zřetelně, v Sgr A* jsme ho zatím nenašli."

S cílem pozorovat Sgr A* se podařilo propojit osm teleskopů z celého světa a vytvořit virtuální teleskop EHT o velikosti Země. Součástí sítě, která v roce 2017 provedla pozorování, byly i dva dalekohledy v severním Chile, které mají souvislost s ESO. Prvním z nich je soustava ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), v níž je ESO partnerem, a experiment APEX (Atacama Pathfinder Experiment), o který se ESO stará.

"Jako největší a nejvýkonnější z dalekohledů EHT hrála ALMA klíčovou roli při pořízení tohoto snímku," říká María Díaz Trigo, vědkyně evropského programu ALMA v ESO. "ALMA nyní projde zásadní proměnou, tzv. Wideband Sensitivity Upgrade, díky které bude ještě citlivější a důležitější pro budoucí pozorování Sgr A* a dalších černých děr v EHT."

Od roku 2017 provedla EHT několik dalších pozorování a na Sgr A* by se mělo znovu zaměřit v dubnu 2024. Každý rok se snímky zlepšují, protože EHT využívá nové dalekohledy, větší šířku pásma a nové pozorovací frekvence. Plánované rozšíření v příštím desetiletí umožní pořizovat vysoce přesné záběry Sgr A*, možná odhalí skrytý výtrysk nebo třeba podobné polarizační rysy i u jiných černých děr. Rozšíření EHT do vesmíru by pak poskytlo ostřejší snímky černých děr než kdykoli předtím.

Zdroj: The Astrophysical Journal Letters, Evropská jižní observatoř