Astronomen entdecken starke Magnetfelder, die spiralförmig am Rand des zentralen Schwarzen Lochs der Milchstraße verlaufen

Ein neues Bild aus der Zusammenarbeit des Event Horizon Telescope (EHT), an der Wissenschaftler des Center for Astrophysics | beteiligt sind Harvard & Smithsonian (CfA) – hat starke und organisierte Magnetfelder entdeckt, die spiralförmig vom Rand des supermassiven Schwarzen Lochs Sagittarius A* (Sgr A*) ausgehen.

Diese neue Ansicht des Monsters, das im Herzen der Milchstraße lauert, wurde zum ersten Mal in polarisiertem Licht gesehen und hat eine Magnetfeldstruktur offenbart, die der des Schwarzen Lochs im Zentrum der M87-Galaxie auffallend ähnelt, was auf ein starkes Magnetfeld schließen lässt Felder könnten allen Schwarzen Löchern gemeinsam sein. Diese Ähnlichkeit deutet auch auf einen versteckten Jet in Sgr A* hin.

Die Ergebnisse wurden veröffentlicht in Die astrophysikalischen Tagebuchbriefe.

Wissenschaftler enthüllten 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 mehr als tausendmal kleiner und weniger massiv als das von M87 ist, aber bemerkenswert ähnlich aussieht .

Wissenschaftler fragten sich daher, ob die beiden auch außerhalb ihres Aussehens gemeinsame Merkmale hatten. Um das herauszufinden, beschloss das Team, Sgr A* in polarisiertem Licht zu untersuchen. Frühere Untersuchungen des Lichts um M87* ergaben, dass die Magnetfelder um den Riesen des Schwarzen Lochs es ihm ermöglichten, starke Materialstrahlen zurück in die Umgebung zu schleusen. Aufbauend auf dieser Arbeit haben die neuen Bilder gezeigt, dass das Gleiche möglicherweise auch für Sgr A* zutrifft.

„Was wir jetzt sehen, ist, dass es in der Nähe des Schwarzen Lochs im Zentrum der Milchstraße starke, verdrehte und organisierte Magnetfelder gibt“, sagte Sara Issaoun, CfA NASA Hubble Fellowship Program Einstein Fellow, Smithsonian Astrophysical Observatory (SAO). ) Astrophysiker und Co-Leiter des Projekts.

„Neben der Tatsache, dass Sgr A* eine auffallend ähnliche Polarisationsstruktur aufweist wie das viel größere und leistungsstärkere Schwarze Loch M87*, haben wir gelernt, dass starke und geordnete Magnetfelder entscheidend dafür sind, wie Schwarze Löcher mit dem Gas und der Materie um sie herum interagieren.“ ihnen.“

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

Im Plasma um diese Schwarzen Löcher erzeugen Teilchen, die um magnetische Feldlinien wirbeln, ein Polarisationsmuster senkrecht zum Feld. Dies ermöglicht es Astronomen, immer detaillierter zu sehen, was in Schwarzlochregionen passiert, und ihre Magnetfeldlinien zu kartieren.

„Indem wir polarisiertes Licht aus 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 durchziehen, den das Schwarze Loch ernährt und ausstößt“, sagte Harvard Black Hole Initiative Fellow und Projekt-Co-Leiter Angelo Ricarte. „Polarisiertes Licht lehrt uns viel mehr über die Astrophysik, die Eigenschaften des Gases und die Mechanismen, die bei der Nahrungsaufnahme eines Schwarzen Lochs ablaufen.“

Aber das Abbilden von Schwarzen Löchern in polarisiertem Licht ist nicht so einfach wie das Aufsetzen einer polarisierten Sonnenbrille, und das gilt insbesondere für Sgr A*, das sich so schnell verändert, dass es für Bilder nicht stillsteht. Die Abbildung des supermassereichen Schwarzen Lochs erfordert hochentwickelte Werkzeuge, die über die hinausgehen, die bisher für die Erfassung von M87*, einem viel stabileren Ziel, verwendet wurden.

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

„Die Erstellung eines polarisierten Bildes stellt die Dynamik der Magnetfelder um das Schwarze Loch zusätzlich vor Herausforderungen. Unsere Modelle haben oft stark turbulente Magnetfelder vorhergesagt, was es äußerst schwierig macht, ein polarisiertes Bild zu erstellen. Glücklicherweise ist unser Schwarzes Loch viel ruhiger, was die Erzeugung von magnetischen Feldern erschwert.“ das erste mögliche Bild.“

Wissenschaftler freuen sich über Bilder beider supermassiver Schwarzer Löcher in polarisiertem Licht, da diese Bilder und die damit verbundenen Daten neue Möglichkeiten zum Vergleich und Kontrast von Schwarzen Löchern unterschiedlicher Größe und Masse bieten. Wenn sich die Technologie verbessert, werden die Bilder wahrscheinlich noch mehr Geheimnisse über Schwarze Löcher und ihre Ähnlichkeiten oder Unterschiede enthüllen.

Michi Bauböck, Postdoktorand an der University of Illinois Urbana-Champaign, sagte: „M87* und Sgr A* unterscheiden sich in einigen wichtigen Punkten: M87* ist viel größer und zieht Materie viel schneller aus seiner Umgebung an.“ Wir hätten also erwarten können, dass auch die Magnetfelder sehr unterschiedlich aussehen. 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, mehrere offene Fragen zu beantworten – von der Bildung und dem Start von Jets bis hin zu den Kräften der hellen Flares, die wir im Infrarot- und Röntgenlicht sehen.“

Das EHT hat seit 2017 mehrere Beobachtungen durchgeführt und soll Sgr A* im April 2024 erneut beobachten. Jedes Jahr werden die Bilder besser, da das EHT neue Teleskope, eine größere Bandbreite und neue Beobachtungsfrequenzen einbezieht. Geplante Erweiterungen für das nächste Jahrzehnt werden hochauflösende Filme von Sgr A* ermöglichen, könnten einen versteckten Jet aufdecken und könnten 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 große Initiativen, um das EHT im nächsten Jahrzehnt deutlich zu verbessern. Der EHT der nächsten Generation Das Projekt (ngEHT) führt ein transformatives Upgrade des EHT durch, mit dem Ziel, mehrere neue Radioschüsseln online zu stellen, gleichzeitige Mehrfarbenbeobachtungen zu ermöglichen und die Gesamtempfindlichkeit des Arrays zu erhöhen.

Die ngEHT-Erweiterung wird es dem Array ermöglichen, Echtzeitfilme von supermassereichen Schwarzen Löchern auf Ereignishorizontskalen zu erstellen. Diese Filme werden detaillierte Strukturen und Dynamiken in der Nähe des Ereignishorizonts auflösen und dabei die von der Allgemeinen Relativitätstheorie vorhergesagten Schwerkraftmerkmale des „starken Feldes“ sowie das Zusammenspiel von Akkretion und relativistischem Jet-Start in den Fokus rücken, das großräumige Strukturen im Universum formt.

Mittlerweile ist die Erforscher des Schwarzen Lochs Das Missionskonzept (BHEX) wird das EHT in den Weltraum ausweiten und die schärfsten Bilder in der Geschichte der Astronomie erzeugen. BHEX wird die Erkennung und Abbildung des „Photonenrings“ ermöglichen – eines scharfen Ringmerkmals, das durch stark linsenförmige Emission um Schwarze Löcher herum entsteht.

Die Eigenschaften eines Schwarzen Lochs prägen sich in der Größe und Form des Photonenrings ein und verraten die Massen und Spins Dutzender Schwarzer Löcher, was wiederum zeigt, wie diese seltsamen Objekte wachsen und mit ihren Wirtsgalaxien interagieren.