Астрономы зафиксировали неожиданные изменения в магнитных полях вокруг черной дыры M87*
Коллаборация Event Horizon Telescope (EHT) 16 сентября 2025 года опубликовала новую серию наблюдений за сверхмассивной черной дырой в центре галактики M87, известной как M87*. Снимки, собранные в период с 2017 по 2021 год, демонстрируют неожиданное поведение магнитных полей вблизи горизонта событий, впервые показывая, что направление поляризованного света со временем изменилось.
Эти результаты, опубликованные в исследовании в журнале Astronomy & Astrophysics, позволяют увидеть, как поляризованный свет, то есть свет с предпочтительной ориентацией электромагнитных волн, меняется во времени вокруг черной дыры. В 2017 году силовые линии магнитного поля казались закрученными в одном направлении, а к 2021 году они развернулись в противоположную сторону. Такое поведение указывает на то, что намагниченная плазма вблизи горизонта событий не статична, а развивается турбулентным и сложным образом.
Галактика M87 находится на расстоянии около 55 миллионов световых лет от Земли, а масса её черной дыры превышает массу Солнца в 6 миллиардов раз. Этот объект стал первым, который был сфотографирован EHT в 2019 году, а затем, в 2021 году, было получено его изображение в поляризованном свете. Новая серия многолетних наблюдений позволяет начать отслеживать возможную эволюцию физических явлений вокруг черной дыры.
Поляризация света является фундаментальным инструментом для исследования физической среды вблизи горизонта событий. В частности, она позволяет восстановить ориентацию и геометрию магнитных полей, анализируя плазму (ионизированный горячий газ), вращающуюся вокруг черной дыры. Новые наблюдения EHT за M87* за 2017, 2018 и 2021 годы показали, что направление поляризации претерпело явное обращение, что свидетельствует о глубокой перестройке локального магнитного поля.
В 2017 году линии поляризации были ориентированы в одном направлении вдоль яркой части кольца. В 2021 году ориентация изменилась на противоположную, хотя и сохранила столь же упорядоченную структуру. Это явление можно интерпретировать как результат изменений в плазме вблизи горизонта событий, а также таких эффектов, как «вращение Фарадея» — отклонение ориентации поляризованного света при прохождении через намагниченные области вдоль линии визирования.
Полученные изображения сочетают данные из нескольких полос наблюдения и несколько методов реконструкции, чтобы обеспечить надежный и последовательный результат. Несмотря на изменения в направлении поляризации, размер и форма яркого кольца остаются постоянными, что с высокой точностью подтверждает предсказания общей теории относительности.
Эти результаты указывают на то, что, хотя изображение черной дыры может казаться стабильным во времени, физические процессы в плазме вблизи горизонта являются динамичными и сложными. Таким образом, поляризация дает нам инструмент для мониторинга эволюции этих магнитных полей в масштабе всего нескольких лет, что является абсолютной новинкой в изучении сверхмассивных черных дыр.
Кроме вариаций в картине поляризации, наблюдения 2021 года позволили EHT впервые получить прямые указания на протяженное излучение, исходящее от релятивистской струи (джета) в области, ближайшей к черной дыре M87*. Речь идет о так называемом «основании джета» — области, где пучок частиц чрезвычайно высоких энергий формируется и ускоряется перед тем, как распространиться на галактические расстояния.
Это обнаружение стало возможным благодаря расширению сети EHT, в частности, добавлению радиотелескопов Китт-Пик (Аризона, США) и NOEMA (Франция), которые значительно улучшили покрытие и чувствительность интерферометра в масштабе менее миллиарксекунды. Результатом стала одна из первых оценок излучения за пределами видимого кольца вокруг тени черной дыры, полученная на частоте 230 ГГц, на которой ведет наблюдения EHT.
Эти данные представляют собой важный первый шаг к непосредственному связыванию среды вблизи горизонта событий с областями, где формируется и стабилизируется релятивистская струя. Модели аккреции предсказывают, что запуск джета питается полоидальным магнитным полем и энергией вращения черной дыры. Таким образом, прямое наблюдение излучения у основания джета предоставляет новое экспериментальное ограничение для проверки этих сценариев.
Наблюдения 2021 года стали возможны также благодаря расширению и улучшению сети EHT, которая включает радиотелескопы в разных частях мира, соединенные с помощью интерферометрии со сверхдлинными базами (VLBI). Два новых телескопа, добавленных в сеть, Китт-Пик и NOEMA, увеличили чувствительность и улучшили разрешение изображений, позволив зафиксировать более слабые сигналы и мельчайшие детали в центральном регионе M87.
Производительность уже существующих телескопов, таких как Гренландский телескоп и телескоп Джеймса Клерка Максвелла, также была повышена за счет новых калибровок и технических улучшений. Это привело к общему повышению надежности данных и возможности проводить точные сравнения между наблюдениями, собранными в разные годы. Новые, более короткие базы — расстояния между отдельными телескопами — позволили выявить слабое и диффузное излучение джета вблизи черной дыры, которое до сих пор оставалось скрытым.
Эти многолетние наблюдения представляют собой решительный шаг к изучению динамических явлений вблизи горизонта событий. Следующей целью коллаборации будет увеличение частоты наблюдений с амбициозной задачей получить в будущем настоящую временную последовательность — «фильм», который в реальном времени документирует эволюцию джета и поляризации. Это позволит еще более непосредственно исследовать физику черных дыр и связь между аккрецией, магнитными полями и формированием джетов.