Астрономы рассмотрели магнитное поле вокруг черной дыры в центре Млечного Пути

Астрономы из США, Испании и Японии измерили поляризационную картину окрестностей сверхмассивной черной дыры, находящейся в центре Млечного Пути, и показали, что магнитное поле сжимается и выравнивается потоками излучения звезд. Статья опубликована в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

В центре большей части известных галактик находятся сверхмассивные черные дыры, которые поглощают и разогревают окружающую их материю, а также искажают траектории проходящих поблизости звезд. В частности, такой объект — черная дыра SgrA* — находится и в центре Млечного Пути. Этот объект имеет массу чуть больше четырех миллионов масс Солнца и удален от Земли на расстояние около 26 тысяч световых лет.

К сожалению, в видимом диапазоне разглядеть окрестности галактического центра нельзя, поскольку исходящее от него излучение поглощается облаками пыли и газа и не доходит до Земли. С другой стороны, инфракрасное, рентгеновское и радиоволновое излучение поглощается такими облаками гораздо меньше, что позволяет астрономам подробно исследовать окрестности черной дыры в этих диапазонах.

Группа ученых под руководством Патрика Роше (Patrick Roche) сообщает о подробном измерении поляризации инфракрасного излучения, приходящего из квадрата размером 2,5×2,5 световых года в окрестностях черной дыры SgrA*. Для этого они в течение недели наблюдали за этим участком с помощью 10,4-метрового Большого Канарского телескопа. Длина волны регистрируемого излучения оставляла 12,5 микрометров, разрешающая способность телескопа достигала 0,45 угловых секунд.

Для определения поляризации излучение пропускалось через полуволновую пластинку и направлялось на призму Волластона, которая разделяла его на обыкновенный и необыкновенный лучи (двойное лучепреломление). Оба луча регистрировались отдельно. Затем ученые извлекали из полученных данных с помощью программы параметры Стокса и вычисляли с их помощью степень поляризации излучения. Исследователи повторяли эти действия для различных углов поворота пластинки, чтобы найти, при каких углах поляризация была максимальной.

Кроме того, ученые все время следили, не вносит ли дополнительный вклад в поляризацию присутствующий в воздухе водяной пар (проще говоря, облака, которые встают между телескопом и объектом), однако в течение всего периода измерений условия были хорошими, и отбраковывать данные не пришлось. Также они сделали поправку на то, что поляризацию излучения может изменить межзвездный газ — этот вклад ученые оценили по наблюдениям за тем же участком на других длинах волн.

В итоге ученые построили картину исследуемой области, которая отражает величину и направление поляризации. На этой картине легко разглядеть две области, которые отвечают «северной руке» (northern arm) и «горизонтальной полосе» (east-west bar). В каждой из этих областей параметры излучения остаются практически постоянными, причем максимум величины поляризации достигается в «северной руке» и составляет примерно 12 процентов. Интересно, что параметры поляризации слабо меняются вокруг звезд «северной руки».

Наконец, поляризацию излучения можно связать с направлением магнитного поля, пронизывающего окрестности черной дыры. Поскольку ось частиц, вращающихся в магнитном поле, выстраивается перпендикулярно этому полю, их излучение тоже будет поляризовано перпендекулярно полю. Следовательно, в точках, излучение которых поляризовано одинаково, магнитное поле тоже скоррелировано. Это значит, что сами по себе звезды слабо влияют на магнитные поля в своих окрестностях. В то же время, сохранение направления поляризации в пределах «полос» может указывать на то, что исходящие из звезд потоки вещества (outflow) сжимают и выравнивают поле.

Стоит отметить, что астрономы и раньше рассматривали окрестности черной дыры SgrA* и даже создали их панорамную визуализацию. В том числе ученые измерили поляризацию доходящего до нас инфракрасного излучения «полос» и оценили величину магнитного поля, однако разрешение полученных изображений было меньше, чем в данном исследовании (примерно в два раза).

В декабре прошлого года астрономы измерили магнитное поле черной дыры, которая находится в двойной системе V404 Лебедя на расстоянии около восьми тысяч световых лет от Земли (это примерно в три раза ближе, чем черная дыра в центре Млечного Пути). Также недавно астрофизик из МФТИ показала, как можно рассчитать поток магнитного поля через джет, выходящий из черной дыры.

Дмитрий Трунин