Potężne pole magnetyczne supermasywnej czarnej dziury

Teleskop ALMA rejestruje potężne pole magnetyczne w pobliżu supermasywnej czarnej dziuryOriginal press release

Artist’s impression of a supermassive black hole at the centreTeleskop ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) zarejestrował ekstremalnie potężne pole magnetyczne, znacznie potężniejsze od wcześniej obserwowanych w jądrze galaktyki, bardzo blisko horyzontu zdarzeń supermasywnej czarnej dziury. To nowe odkrycie pomaga astronomom zrozumieć budowę i proces powstawania tego rodzaju masywnych obiektów w jądrach galaktyk, jak również bliźniaczych dżetów plazmy o dużej prędkości, które często są wyrzucane z okolic ich 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. 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. Są to najkrótsze fale użyte do tego rodzaju badań, co pozwala na sprawdzenie obszarów bardzo bliskich centralnej czarnej dziurze.

„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.”

źródło: ESO

ALMA Reveals Intense Magnetic Field Close to Supermassive Black Hole

Illuminating the mysterious mechanisms at play at the edge of the event horizon

This artist’s impression shows the surroundings of a supermassive black hole, typical of that found at the heart of many galaxies. The black hole itself is surrounded by a brilliant accretion disc of very hot, infalling material and, further out, a dusty torus. There are also often high-speed jets of material ejected at the black hole’s poles that can extend huge distances into space. Observations with ALMA have detected a very strong magnetic field close to the black hole at the base of the jets and this is probably involved in jet production and collimation.

The Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) has revealed an extremely powerful magnetic field, beyond anything previously detected in the core of a galaxy, very close to the event horizon of a supermassive black hole. This new observation helps astronomers to understand the structure and formation of these massive inhabitants of the centres of galaxies, and the twin high-speed jets of plasma they frequently eject from their poles. The results appear in the 17 April 2015 issue of the journal Science.

Supermassive black holes, often with masses billions of times that of the Sun, are located at the heart of almost all galaxies in the Universe. These black holes can accrete huge amounts of matter in the form of a surrounding disc. While most of this matter is fed into the black hole, some can escape moments before capture and be flung out into space at close to the speed of light as part of a jet of plasma. How this happens is not well understood, although it is thought that strong magnetic fields, acting very close to the event horizon, play a crucial part in this process, helping the matter to escape from the gaping jaws of darkness.

Up to now only weak magnetic fields far from black holes — several light-years away — had been probed. In this study, however, astronomers from Chalmers University of Technology and Onsala Space Observatory in Sweden have now used ALMA to detect signals directly related to a strong magnetic field very close to the event horizon of the supermassive black hole in a distant galaxy named PKS 1830-211. This magnetic field is located precisely at the place where matter is suddenly boosted away from the black hole in the form of a jet.

The team measured the strength of the magnetic field by studying the way in which light was polarised, as it moved away from the black hole.

“Polarisation is an important property of light and is much used in daily life, for example in sun glasses or 3D glasses at the cinema,” says Ivan Marti-Vidal, lead author of this work. “When produced naturally, polarisation can be used to measure magnetic fields, since light changes its polarisation when it travels through a magnetised medium. In this case, the light that we detected with ALMA had been travelling through material very close to the black hole, a place full of highly magnetised plasma.”

The astronomers applied a new analysis technique that they had developed to the ALMA data and found that the direction of polarisation of the radiation coming from the centre of PKS 1830-211 had rotated. These are the shortest wavelengths ever used in this kind of study, which allow the regions very close to the central black hole to be probed.

„We have found clear signals of polarisation rotation that are hundreds of times higher than the highest ever found in the Universe,” says Sebastien Muller, co-author of the paper. „Our discovery is a giant leap in terms of observing frequency, thanks to the use of ALMA, and in terms of distance to the black hole where the magnetic field has been probed — of the order of only a few light-days from the event horizon. These results, and future studies, will help us understand what is really going on in the immediate vicinity of supermassive black holes.”

Written by Tomasz Czarnecki

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *