Astronomen entdecken starke Magnetfelder, die sich am Rand des zentralen Schwarzen Lochs der Milchstraße ausbreiten

Ein neues Bild aus der Event Horizon Telescope (EHT)-Kollaboration, an der Wissenschaftler des Zentrums für Astrophysik | beteiligt sind Harvard und Smithsonian (CfA) haben starke, organisierte Magnetfelder entdeckt, die vom Rand des supermassiven Schwarzen Lochs Sagittarius A* (Sgr A*) ausgehen.

Dieses neue Bild des Monsters, das im Herzen der Milchstraße lauert und zum ersten Mal in polarisiertem Licht gesehen wird, zeigt eine Magnetfeldstruktur, die der des Schwarzen Lochs im Zentrum der Galaxie M87 auffallend ähnlich ist, was auf die Anwesenheit von a schließen lässt starkes Magnetfeld. Felder können allen Schwarzen Löchern gemeinsam sein. Diese Ähnlichkeit deutet auch auf das Vorhandensein eines versteckten Jets in Sgr A* hin.

Die Ergebnisse wurden veröffentlicht in Astrophysikalische Tagebuchbriefe.

Wissenschaftler veröffentlichten im Jahr 2022 das erste Bild von Sgr A* – das etwa 27.000 Lichtjahre von der Erde entfernt ist – und enthüllten, dass das supermassive Schwarze Loch der Milchstraße zwar tausendmal kleiner und weniger massereich als M87 ist, ihm aber bemerkenswert ähnlich erscheint. .

Wissenschaftler fragten sich daher, ob die beiden außerhalb ihres Aussehens gemeinsame Merkmale hatten. Um das herauszufinden, beschloss das Team, Sagittarius A* in polarisiertem Licht zu untersuchen. Frühere Studien des Lichts um M87* ergaben, dass Magnetfelder um das riesige Schwarze Loch es ihm ermöglichten, starke Materiestrahlen zurück in die Umgebung zu schießen. Aufbauend auf dieser Arbeit zeigen neue Bilder, dass das Gleiche möglicherweise auch für Schütze A* zutrifft.

„Was wir jetzt sehen, ist, dass es in der Nähe des Schwarzen Lochs im Zentrum der Milchstraße starke, verdrehte, organisierte Magnetfelder gibt“, sagte Sarah Isson, Einsteins Fellow im Hubble Fellowship-Programm der NASA. ) ist Astrophysiker und Co-Leiter des Projekts.

„Abgesehen davon, dass Sgr A* eine Polarisationsstruktur aufweist, die der des größeren und leistungsstärkeren Schwarzen Lochs M87* verblüffend ähnlich ist, haben wir gelernt, dass starke, geordnete Magnetfelder für die Interaktion von Schwarzen Löchern mit dem sie umgebenden Gas und der Materie von wesentlicher Bedeutung sind.“ ”

Licht ist eine oszillierende oder sich bewegende elektromagnetische Welle, die es uns ermöglicht, Objekte zu sehen. Manchmal schwingt Licht in eine bevorzugte Richtung, die wir „polarisiert“ nennen. Obwohl uns polarisiertes Licht umgibt, ist es für das menschliche Auge nicht von „normalem“ Licht zu unterscheiden.

Im Plasma, das diese Schwarzen Löcher umgibt, verleihen Partikel, die um magnetische Feldlinien kreisen, ein Polarisationsmuster senkrecht zum Feld. Dies ermöglicht es Astronomen, klarere Details darüber zu sehen, was in den Regionen des Schwarzen Lochs passiert, und ihre Magnetfeldlinien zu kartieren.

„Indem wir polarisiertes Licht von heißem, leuchtendem Gas in der Nähe von Schwarzen Löchern abbilden, können wir direkt auf die Struktur und Stärke der Magnetfelder schließen, die den Fluss von Gas und Materie verbinden, von dem sich das Schwarze Loch ernährt und den es ausspuckt“, sagte die Harvard Black Hole Initiative Gefährte. Projektteilnehmer Angelo Ricarte. „Polarisiertes Licht lehrt uns viel über Astrophysik, die Eigenschaften von Gas und die Mechanismen, die bei der Nahrungsaufnahme eines Schwarzen Lochs ablaufen.“

Aber das Fotografieren von Schwarzen Löchern in polarisiertem Licht ist nicht so einfach wie das Tragen einer polarisierten Sonnenbrille, und das gilt insbesondere für Sgr A*, das sich so schnell verändert, dass es beim Fotografieren nicht still bleibt. Um das supermassive Schwarze Loch abzubilden, sind hochentwickelte Instrumente erforderlich, die über die hinausgehen, die bisher zum Einfangen von M87*, einem viel stabileren Ziel, verwendet wurden.

„Es ist aufregend, dass wir überhaupt ein polarisiertes Bild von Sagittarius A* machen konnten. Das erste Bild erforderte Monate intensiver Analyse, um seine dynamische Natur zu verstehen und seine Mesostruktur aufzudecken“, sagte SAO-Postdoktorand und Astrophysiker Paul Tiede.

„Die Erstellung eines polarisierten Bildes erhöht die Herausforderung der Dynamik der Magnetfelder um das Schwarze Loch. Unsere Modelle haben oft stark turbulente Magnetfelder vorhergesagt, was es sehr schwierig macht, ein polarisiertes Bild zu erstellen. Glücklicherweise ist unser Schwarzes Loch viel ruhiger, was es zu einem Problem macht.“ das erste mögliche Bild.“

Wissenschaftler freuen sich darauf, Bilder beider supermassiver Schwarzer Löcher in polarisiertem Licht zu erhalten, da diese Bilder und die damit verbundenen Daten neue Möglichkeiten zum Vergleich und Kontrast von Schwarzen Löchern unterschiedlicher Größe und Masse bieten. Mit der Weiterentwicklung der Technologie werden Bilder wahrscheinlich mehr Geheimnisse der Schwarzen Löcher und ihrer Gemeinsamkeiten und Unterschiede enthüllen.

„M87* und Sgr A* unterscheiden sich in einigen wichtigen Punkten: M87* ist viel größer und zieht Materie viel schneller aus seiner Umgebung“, sagte Michie Bobock, Postdoktorandin an der University of Illinois Urbana-Champaign. „Wir hätten also erwarten können, dass auch die Magnetfelder sehr unterschiedlich aussehen würden. Aber in diesem Fall stellte sich heraus, dass sie ziemlich ähnlich waren, was bedeuten könnte, dass diese Struktur allen Schwarzen Löchern gemeinsam ist.“

„Ein besseres Verständnis der Magnetfelder in der Nähe von Schwarzen Löchern hilft uns, viele offene Fragen zu beantworten, von der Bildung und dem Abfeuern von Jets bis hin zu den Treibstoffen für die hellen Flares, die wir im Infrarot- und Röntgenlicht sehen.“

Das EHT hat seit 2017 mehrere Beobachtungen durchgeführt und soll Sagittarius A* im April 2024 erneut beobachten. Jedes Jahr werden die Bilder besser, da das EHT neue Teleskope, eine größere Bandbreite und neue Beobachtungsfrequenzen einbezieht. Für das nächste Jahrzehnt geplante Erweiterungen werden hochauflösende Filme von Sagittarius A* ermöglichen, möglicherweise versteckte Jets aufdecken und es Astronomen ermöglichen, ähnliche Polarisationsmerkmale in anderen Schwarzen Löchern zu beobachten. Unterdessen wird die Ausweitung des EHT in den Weltraum schärfere Bilder von Schwarzen Löchern als je zuvor liefern.

Das CfA leitet mehrere Schlüsselinitiativen, um EHT im nächsten Jahrzehnt deutlich zu verbessern. Die EHT der nächsten Generation (ngEHT) Ein transformatives EHT-Upgrade-Projekt ist im Gange, mit dem Ziel, mehrere neue Radioschüsseln online zu stellen, gleichzeitige Mehrfarbenbeobachtungen zu ermöglichen und die Gesamtempfindlichkeit des Arrays zu erhöhen.

Die Erweiterung des ngEHT-Arrays wird Echtzeitfilme von supermassereichen Schwarzen Löchern auf Ereignishorizontskalen ermöglichen. Diese Filme werden die detaillierte Struktur und Dynamik in der Nähe des Ereignishorizonts aufklären und sich dabei auf die von der Allgemeinen Relativitätstheorie vorhergesagten „starken Felder“-Gravitationsmerkmale sowie auf das Zusammenspiel zwischen Akkretion und Freisetzung relativistischer Jets konzentrieren, die großräumige Strukturen im Universum formen .

gleichzeitig, Erforscher des Schwarzen Lochs Das BHEX-Missionskonzept wird das EHT in den Weltraum ausdehnen und die schärfsten Bilder in der Geschichte der Astronomie produzieren. BHEX wird die Erkennung und Abbildung eines „Photonenrings“ ermöglichen – eines scharfen Ringmerkmals, das durch starke Linsenemission um Schwarze Löcher herum entsteht.

Die Eigenschaften von Schwarzen Löchern sind in der Größe und Form des Photonenrings eingeprägt, was die Massen und Spins von Dutzenden von Schwarzen Löchern offenbart und wiederum zeigt, wie diese exotischen Objekte wachsen und mit ihren Wirtsgalaxien interagieren.