Астрономи су први пут завирили у подручје тик изван црне рупе у којем се догађа та међусобна интеракција између упадања и избацивања материје. Нова посматрања пружају нове информације о структури магнетских поља непосредно изван црне рупе.
Навикли смо да црне рупе замишљамо као свемирска тела која је немогуће видети јер њиховој гравитацији ништа не може побећи, чак ни светлост. Kако видети нешто из чега не долази никакав сигнал? Но то већ неколико година није сасвим тачно. Kолаборација Event Horizon Telescope (EHT), која је 2019. објавила први снимак црне рупе, управо је открила нови поглед на масиван објект у средишту галаксије Messier 87 (M87) – њен изглед у поларизираном светлу. То је први пут да су астрономи поларизацију, која је потпис постојања магнетских поља, успели измерити толико близу руба црне рупе.
Ова посматрања кључна су за објашњење како је галаксија М87, удаљена 55 милиона светлосних година, способна да лансира изузетно моћне енергетске млазеве из својег средишта. „Сада видимо следећи пресудни доказ нужан за разумевање како се магнетска поља понашају око црних рупа и како активност у овом врло компактном делу простора може покретати моћне млазеве који се протежу далеко изван галаксије”, рекла је за Еворпску јужну опсерваторију Моника Мошћибродска, координаторка радне групе за полариметрију EHT-а и доценткиња на Универзитету Радбод у Холандији.
Први снимак обриса
Научници су 10. априла 2019. објавили прву слику црне рупе – светлу структуру налик на прстен с тамним средишњим подручјем (фотографија доле). На њој су, заправо, забележени обриси, односно силуета црне рупе која се види на позадини подручја уз саму црну рупу које се назива хоризонт догађаја.
Сенка црне рупе у М87
Kада у црну рупу упадају гасови, они се због велике гравитације трењем загреаају на температуре више од милијарду степени, због чега се околина, односно хоризонт догађаја, може видети као светло ужарено подручје. Другим речима, научници су снимили светлосно зрачење материје која кружи великом брзином на рубу хоризонта, око подручја таме које представља црну рупу.
Открили поларизацију светла
Након овог потхвата колаборација EHT-а се окренула подробнијој анализи података о црној рупи у галаксији М87 у средишту сазвежђа Девице. Њена маса је шест милијарди пута већа од Сунчеве и једна је од најмасивнијих познатих црних рупа. Подробне анализе показале су да је значајан дио светлости забелљжене око црне рупе у М87 поларизиран.
„Овај је рад велика прекретница: поларизација светлости носи информације које нам омогућују да боље разумемо физику која стоји иза слике коју смо видели у априлу 2019, што пре није било могуће” објаснио је Иван Марти-Видал, такође координатор EHT-а и угледни истраживач на Универзитету у Валенсији у Шпанији. Он додаје да су „за откривање ове нове слике поларизираног светла биле потребне године рада због сложених техника укључених у добијање и анализу података”. Шта је поларизација светлости и како до ње долази?
За разумевање новог снимка корисно је подсетити се шта је уопште поларизација. Светлост је електромагнетски талас који се састоји од два осцилирајућа поља – електричног и магнетског. Kако једно поље осцилира – јача и слаби – његова промена покреће стварање, односно јачање и слабљење другог поља. Свако од тих поља може се представити синусоидом која је окомито постављена на синусоиду другог поља, а обе су окомите на смер кретања таласа (слика доле).
Легенда: Е – електрично поље; B – магнетско поље;
Z – смер кретања; λ – таласна дужина
Светлост која долази из уобичајених извора у природи, као што су примерице сунце, светиљка или ватра, није поларизиваана. То значи да електромагнетски валови од којих је сачињена немају одређен заједнички смер оријентације, него су све оријентације подједнако заступљене. Но када светлост пролази кроз одређене филтере, поларизаторе, они могу блокирати све оријентације осим једне па тада светлост постаје поларизирана. Такве филтере можемо замислити као уске процепе који омогућују да кроз њих пролазе само они таласи који осцилирају у истом смеру у којем је постављен процеп (замислите конопац који слободно вибрира када је положен уздуж пукотине, а постаје блокиран када је постављен окомито на њу).
За смер поларизације договорно се узима смер електричног поља електромагнетског таласа. Стога се може рећи да код неполаризоване светлости разни валови имају разне смерове титрања електричног поља, док код поларизиране сви валови имају исте смерове титрања електричног поља.
Светлост такође постаје поларизована када се емитује у врућим деловима простора у којима постоје врло јака магнетска поља, а такав је и хоризонт догађаја. Магнетско поље Земље превише је слабо да би значајније утицало на магнетска и електрична поља светлости.
Познати пример поларизације су сунчане наочаре које нам омогућују да боље видимо за јаког сунца, тако што смањују сјај светлих површина будући да се светлост делимично поларизује и када се рефлектује. На сличан начин астрономи могу изоштрити свој поглед на подручје око црне рупе анализирајући како је свјетлост која из ње долази поларизована. Тачније, поларизација астрономима омогућује да мапирају линије магнетског поља на унутрашњем рубу црне рупе.
Фотографије откривају тајне
„Новообјављене поларизоване слике кључне су за разумевање како магнетско поље омогућава црној рупи да поједе материју и покрене снажне електромагнетске млазеве”, каже члан колаборације ЕХТ-а Ендру Чаел из Принстонског центра за теоријску науку и Принстонске гравитационе иницијативе у САД.
Светли млазеви енергије и материје који излазе из језгра М87 и протежу се најмање 5.000 светлосних година од њеног средишта једно су од најтајанственијих и најенергичнијих својстава те галаксије. Већина материје која лежи близу руба црне рупе временом упада у њу. Међутим, деловањем сила у систему неке честице побегну неколико тренутака пре него што их црна рупа ухвати и буду избачене далеко у свемир у облику млазева.
Да би боље разумели ове процесе, астрономи израђују различите моделе понашања материје у близини црне рупе. Но до сада још нису успели тачно да објасне како се млазеви већи од галаксије емитују из њеног средишњег подручја, које је величине упоредиве са Сунчевим системом, нити како тачно материја упада у црну рупу.
С новом EHT-овом сликом црне рупе и њене сенке у поларизованом светлу астрономи су први пут завирили у подручје тик изван црне рупе у којем се догађа та међусобна интеракција између упадања и избацивања материје. Нова посматрања пружају нове информације о структури магнетских поља непосредно изван црне рупе. Тим је открио да само теоретски модели који укључују јако магнетизовани гас могу објаснити оно што су забележили на хоризонту догађаја.
„Опажања сугеришу да су магнетска поља на рубу црне рупе довољно јака да потисну врући гас и помогну му да се одупре привлачењу гравитације. Само гас који склизне кроз то јако поље може се спирално кретати ка унутрашњости, ка црној рупи”, објашњава Џејсон Декстер, доцент на Универзитету Колорадо у Болдеру у САД, координатор радне групе за теорију EHT-а.
Уметнички приказ галаксије М87
Кредитна картица на Месецу
У посматрању средишта галаксије М87 сарађивало је седам телескопа широм света, међу којима су ALMA и APEX. Импресивна резолуција снимка коју је добио тим EHT-а упоредива је с оном која је потребна за мерење дужине кредитне картице на површини Месеца.
Технолошке перформансе EHT-а омогућиле су тиму да непосредно проматра сену црне рупе и светлосни прстен око ње и поларизовано светло које јасно показује да је прстен намагнетисан. Резултати су објављени у два засебна рада у часопису The Astrophysical Journal Letters. У истраживању је учествовало преко 300 истраживача из више организација и универзитета широм свиета.
(Извор Индекс)
