Астрофизики обнаружили и измерили магнитное поле чёрной дыры

Магнитное поле близ чёрной дыры
Поток плазмы около чёрной дыры в представлении художника.

Впервые астрофизикам удалось убедиться в существовании интенсивного магнитного поля, окружающего горизонт событий сверхмассивной чёрной дыры. Обнаружить поле и дать оценку его интенсивности помог телескоп ALMA, работающий в Чили.

В своей работе, опубликованной в журнале Science, сотрудники шведского Технического университета Чалмерса сообщили о косвенном наблюдении магнитного поля чёрной дыры. Информацию о нём удалось получить, изучая свет, испускаемый вблизи горизонта событий сверхмассивной чёрной дыры, находящейся в центре галактики PKS 1830-211.

Сверхмассивные чёрные дыры существуют в центре практически любой галактики. Они периодически поглощают звёзды, другие небесные тела и газ, выбрасывая часть захваченной материи в виде джетов — пучков разогретой плазмы, движущихся с субсветовой скоростью.

Астрофизики в настоящее время полагают, что в появлении джетов большую роль играют магнитные поля, порождаемые в аккреционном диске чёрной дыры в результате его вращения. Проверка этой гипотезы крайне затруднена из-за сложности наблюдения. Ближайшая к нам сверхмассивная чёрная дыра — Sgr A* в центре нашей Галактики — обладает крайне спокойным нравом, и джетов у неё нет. Лишь в 2013 году учёным удалось измерить индукцию магнитного поля в окрестностях Sgr A* благодаря пульсару, удачно расположенному за чёрной дырой, чьё излучение было поляризовано ей на пути к Земле.

У поляризованного света, проходящего через намагниченную плазму, изменяется угол поляризации, причём магнитное поле по-разному меняет поляризацию для различных длин волн. Обнаружить магнитное поле близ чёрной дыры удалось с помощью измерения меры вращения, показывающей изменение угла поляризации в зависимости от длины волны. Эта величина напрямую связана с плотностью плазмы и силой магнитного поля на пути луча.

Астрофизики использовали телескоп ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), запущенный всего два года назад, для определения поляризации света, излучаемого в окрестностях горизонта событий. Значительная часть спектра света, испускаемого областями вокруг чёрной дыры, поглощается до того, как достигает Земли, и только свет субмиллиметрового диапазона может дать нам информацию о намагниченности среды. ALMA представляет собой первый инструмент, способный детектировать поляризацию с нужной чувствительностью в этой части электромагнитного спектра.

Измеренное вращение поляризации оказалось в сотни раз выше, чем в ранее проведённых опытах. По оценкам астрофизиков, магнитная индукция составляет не менее нескольких десятков гауссов, а возможно, что и много больше.

«В нашем случае свет, который мы обнаружили с помощью ALMA, прошёл через вещество очень близко к чёрной дыре, и это место заполнено сильно намагниченной плазмой», — говорит Иван Марти́-Видаль (Iván Martí-Vidal), ведущий автор работы. — «В предыдущих наблюдениях удавалось увидеть что-то в пределах нескольких световых лет от чёрных дыр, но измеренные сейчас поля находятся всего в нескольких световых днях от горизонта событий».