Crne rupe stvaraju magnetna polja kretanjem naelektrisanih čestica u vrućoj plazmi akrecionog diska, što dovodi do električnih struja i sinkrotronovog polarizovanog zračenja. EHT je snimio polarizaciju oko M87* i Sgr A*, otkrivši sličnu geometriju magnetnih polja uprkos velikim razlikama u masi i prisustvu mlaza. Projekti ngEHT i BHEX omogućiće polarizovane filmove i posmatranje fotonskog prstena, što će pomoći da se poveže spin crne rupe sa oblikom polja i mehanizmima pokretanja mlazova.
Kako crne rupe stvaraju magnetna polja i kako ih vidimo?
Autor: Alan Croft, Seattle, Washington
Odgovorila: Sara Issaoun, NASA Einstein Fellow, Harvard & Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge, Massachusetts
Kada crna rupa "jede" materiju, ta materija formira akrecioni disk u kojem se gas zagreva do ekstremnih temperatura i prelazi u plazmu — stanje u kome su neki elektroni odvojeni od svojih atoma. U takvoj plazmi postoje pozitivno naelektrisani joni i slobodni elektroni; njihovo koordinisano kretanje stvara električne struje, a te struje generišu magnetna polja.
Kako nastaju i kako ih merimo
Elektroni koji se kreću u blizini magnetnih linija ubrzavaju i emituju tzv. sinkrotronovo zračenje, koje se uglavnom opaža na radio talasnim dužinama. To zračenje je polarizovano — oscilacije elektromagnetnog talasa imaju preferirani pravac povezan sa geometrijom magnetnog polja u trenutku emisije. Instrumenti poput Event Horizon Telescope (EHT) snimaju ovu polarizaciju i tako direktno otkrivaju oblik i orijentaciju magnetnog polja u plazmi blizu horizonta događaja.
Šta su nam pokazala posmatranja
EHT je zabeležio polarizovanu emisiju oko dve poznate crne rupe: M87* i Sagittarius A* (Sgr A*). Iako su ove crne rupe vrlo različite — M87* ima ~6 milijardi Sunčevih masa i snažan mlaz, dok Sgr A* ima ~4 miliona Sunčevih masa i nema jasno vidljiv mlaz — njihove slike, pa i polarizacione strukture, bile su iznenađujuće slične. To ukazuje da snažna, relativno uredna magnetna polja nisu retka već su često prisutna u okolini supermasivnih crnih rupa.
Zašto je to važno
Magnetna polja igraju ključnu ulogu u transportu angularnog momenta, u načinu akrecije materije i u pokretanju moćnih mlazova plazme koji izlaze iz blizine crne rupe. Ti mlazovi utiču na evoluciju galaksija, pa razumevanje strukture i dinamike magnetnih polja ima širi kosmološki značaj.
Naredni koraci: ngEHT i BHEX
Projekti kao što su next-generation EHT (ngEHT) i Black Hole Explorer (BHEX) imaju za cilj da unaprede snimanja: ngEHT dodavanjem više teleskopa na Zemlji planira da omogući češće i kompletiranije snimke (tj. "polarizovane filmove") koji će pratiti promene u realnom vremenu; BHEX predlaže dodavanje svemirskog antennog elementa kako bi se drastično povećala rezolucija i omogućilo detaljno snimanje oštrog fotonskog prstena oko senke crne rupe.
Fotonski prsten i spin crne rupe
Fotonski prsten nastaje kada svetlost iz akrecionog diska više puta orbitira crnu rupu pre nego što pobegne. Njegove osobine nose informacije o prostoru-vremenu u neposrednoj blizini crne rupe i pomažu u određivanju njenog spina (rotacije). Spin verovatno utiče na konfiguraciju magnetnog polja i efikasnost lansiranja mlazova, pa direktno povezivanje polarizacije, dinamike akrecije i spina predstavlja sledeći važan korak istraživanja.
Napomena o interpretaciji
Detekcija polarizacije i tumačenje magnetne geometrije mogu biti komplikovani efekti kao što su Faradejevo rotiranje i optička dubina plazme. Višestruka posmatranja, širok spektar frekvencija i poboljšana rezolucija pomoći će razrešavanju ovih komplikacija.
Zaključak: Magnetna polja u blizini crnih rupa nastaju prirodno u vrućoj plazmi akrecionog diska i njihovu strukturu možemo direktno proučavati kroz polarizovanu sinkrotronovu emisiju. Napredniji teleskopi i mreže u narednoj deceniji omogućit će dinamička i daleko detaljnija snimanja — od polarizovanih filmova do oštrog fotonskog prstena — što će značajno unaprediti razumevanje bagaimana crne rupe akretišu, rotiraju i lansiraju mlazove.
Pomozite nam da budemo bolji.
