ALMA wykryła silne pole magnetyczne blisko supermasywnej czarnej dziury

Artystyczna wizja supermasywnej czarnej dziury w centrum galaktyki.

ESO/L. Calçada

Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) wykryła ekstremalnie potężne pole magnetyczne, daleko poza czymkolwiek wcześniej obserwowanym w sercu galaktyki, bardzo blisko horyzontu zdarzeń supermasywnej czarnej dziury. Nowe obserwacje pomagają astronomom w zrozumieniu struktury i powstawania tego rodzaju masywnych obiektów w centrach galaktyk oraz bliźniaczych dżetów plazmy o dużej prędkości, które często są wyrzucane z okolic biegunów. Wyniki badań ukażą się 17 kwietnia 2015 r. w czasopiśmie „Science”.

Supermasywne czarne dziury, często o masach miliardy razy większych niż słoneczna, znajdują się w sercach prawie wszystkich galaktyk we Wszechświecie. Czarne dziury mogą akreować olbrzymie ilości materii poprzez otaczający dysk. O ile większość tej materii zasila czarną dziurę, to część może uciec tuż przed przechwyceniem i zostać wyrzucona w przestrzeń kosmiczną z prędkościami bliskimi prędkości światła, jako dżety plazmy. Mechanizm tego procesu nie jest dobrze poznany, aczkolwiek uważa się, że kluczową rolę odgrywa silne pole magnetyczne działające bardzo blisko horyzontu zdarzeń, pomagające materii uciec z „rozwartych szczęk ciemności”.

Do tej pory badano jedynie słabe pola magnetyczne daleko od czarnych dziur – odległe o kilka lat świetlnych [1]. W najnowszych badaniach astronomowie z Chalmers University of Technology oraz Onsala Space Observatory w Szwecji wykorzystali ALMA do wykrycia sygnałów bezpośrednio związanych z silnym polem magnetycznym bardzo blisko horyzontu zdarzeń supermasywne czarnej dziury w odległej galaktyce o nazwie PKS 1830-211. To pole magnetyczne jest położone dokładnie w miejscu, w którym materia nagle przyspiesza od czarnej dziury w formie dżetu.

Zespół zmierzył natężenie pola magnetycznego badając sposób, w jaki zostało spolaryzowane światło, gdy poruszało się od czarnej dziury.

„Polaryzacja jest ważną własnością światła i jest szeroko stosowana w codziennym życiu, np. w okularach słonecznym albo okularach 3D w kinach” wyjaśnia Ivan Marti-Vidal, główny autor pracy. „Gdy polaryzacja jest wytwarzana w sposób naturalny, można jej używać do mierzenia pól magnetycznych, ponieważ światło zmienia polaryzację gdy podróżuje przez namagnetyzowany ośrodek. W naszym przypadku światło, które wykryliśmy za pomocą ALMA, podróżowało przez materię bardzo blisko czarnej dziury, czyli przez miejsce pełne mocno namagnetyzowanej plazmy.”

Astronomowie zastosowali nową technikę analizy, którą opracowali dla danych z ALMA i odkryli, że kierunek polaryzacji promieniowania pochodzącego z centrum PKS 1830-211 uległ rotacji [2]. Są to najkrótsze fale użyte do tego rodzaju badań, co pozwala na sprawdzenie obszarów bardzo bliskich centralnej czarnej dziurze [3].

„Znaleźliśmy wyraźne oznaki rotacji polaryzacji., setki razy mocniejsze niż jakiekolwiek  do tej pory obserwowane we Wszechświecie,” mówi Sebastien Muller, współautor pracy. „Nasze odkrycie jest gigantycznym skokiem pod względem obserwowanej częstotliwości, dzięki użyciu ALMA, a także pod względem odległości od czarnej dziury, w której pole magnetyczne zostało zbadane – w zakresie zaledwie kilku dni świetlnych od horyzontu zdarzeń. Niniejsze wyniki oraz przyszłe badania pomogą nam zrozumieć co naprawdę dzieje się w bezpośrednim sąsiedztwie czarnych dziur.”

Uwagi

[1] W pobliżu względnie nieaktywnej supermasywnej czarnej dziury w centrum Drogi Mlecznej wykryto znacznie słabsze pola magnetyczne. Ostatnie obserwacje ujawniły także obecność słabych pól magnetycznych w galaktyce aktywnej NGC 1275 – wykryto je na falach milimetrowych.

[2] Pola magnetyczne wprowadzają rotację Faradaya, która powoduje rotację polaryzację w różny sposób na różnych długościach fali. Sposób w jaki ta rotacja zależy od długości fali mówi nam o własnościach pola magnetycznego w danym obszarze.

[3] Obserwacje ALMA wykonywano na efektywnej długości fali około 0,3 milimetra, natomiast wcześniejsze badania były prowadzone na znacznie dłuższych falach radiowych. Tylko światło w zakresie fal milimetrowych może uciec z obszaru bardzo bliskiego czarnej dziurze, natomiast promieniowanie na falach dłuższych jest absorbowane.

Więcej informacji

Wyniki badań zaprezentowano w artykule pt. “A strong magnetic field in the jet base of a supermassive black hole”, który ukaże się 17 kwietnia 2015 r. w Science.

Skład zespołu badawczego: I. Martí-Vidal (Onsala Space Observatory and Department of Earth and Space Sciences, Chalmers University of Technology, Szwecja), S. Muller (Onsala Space Observatory and Department of Earth and Space Sciences, Chalmers University of Technology, Szwecja), W. Vlemmings (Department of Earth and Space Sciences and Onsala Space Observatory, Chalmers University of Technology, Szwecja), C. Horellou (Department of Earth and Space Sciences, Chalmers University of Technology, Szwecja) oraz S. Aalto (Department of Earth and Space Sciences, Chalmers University of Technology, Szwecja).

Międzynarodowy kompleks astronomiczny ALMA działa w ramach partnerstwa pomiędzy ESO, amerykańską National Science Foundation (NSF) oraz japońskim National Institutes of Natural Sciences (NINS), we współpracy z Chile. ALMA jest finansowana przez ESO w imieniu jego krajów członkowskich, przez NSF, w porozumieniu z National Research Council of Canada (NRC) oraz National Science Council of Taiwan (NSC), a także przez NINS w porozumieniu z Academia Sinica (AS) na Tajwanie oraz Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI).

Budowa i użytkowanie ALMA jest kierowane przez ESO w imieniu jego krajów członkowskich, w imieniu Ameryki Północnej przez National Radio Astronomy Observatory (NRAO), zarządzane przez Associated Universities, Inc. (AUI), a w imieniu Azji Wschodniej przez National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ). Joint ALMA Observatory (JAO) umożliwia wspólne kierowanie i zarządzanie konstrukcją, testowaniem i użytkowaniem ALMA.

ESO jest wiodącą międzyrządową organizacją astronomiczną w Europie i najbardziej produktywnym obserwatorium astronomicznym na świecie. Wspiera je 16 krajów: Austria, Belgia, Brazylia, Czechy, Dania, Finlandia, Francja, Hiszpania, Holandia, Niemcy, Polska, Portugalia, Szwajcaria, Szwecja, Wielka Brytania oraz Włochy. ESO prowadzi ambitne programy dotyczące projektowania, konstrukcji i użytkowania silnych naziemnych instrumentów obserwacyjnych, pozwalając astronomom na dokonywanie znaczących odkryć naukowych. ESO odgrywa wiodącą rolę w promowaniu i organizowaniu współpracy w badaniach astronomicznych. ESO zarządza trzema unikalnymi, światowej klasy obserwatoriami w Chile: La Silla, Paranal i Chajnantor. W Paranal ESO posiada teleskop VLT (Very Large Telescope - Bardzo Duży Teleskop), najbardziej zaawansowane na świecie astronomiczne obserwatorium w świetle widzialnym oraz dwa teleskopy do przeglądów. VISTA pracuje w podczerwieni i jest największym na świecie instrumentem do przeglądów nieba, natomiast VLT Survey Telescope to największy teleskop dedykowany przeglądom nieba wyłącznie w zakresie widzialnym. ESO jest głównym partnerem ALMA, największego istniejącego projektu astronomicznego. Z kolei na Cerro Armazones, niedaleko Paranal, ESO buduje 39-metrowy teleskop E-ELT (European Extremely Large Telescope - Ekstremalnie Wielki Teleskop Europejski), który stanie się “największym okiem świata na niebo”.

Źródło: ESO | Tłumaczenie: Krzysztof Czart

Liczba odsłon: 1423