Gli astronomi catturano i campi magnetici che ruotano attorno al buco nero

Una nuova immagine della collaborazione Event Horizon Telescope, che comprende ricercatori e telescopi dell’Università dell’Arizona, ha scoperto campi magnetici forti e organizzati che si sviluppano a spirale dal bordo del buco nero supermassiccio Sagittarius A*, o Sgr A*.

La collaborazione Event Horizon Telescope (EHT), che nel 2022 ha presentato la prima immagine di Sagittarius A*, il buco nero al centro della nostra Via Lattea, ha catturato una nuova visione dell’oggetto massiccio, questa volta in luce polarizzata. Per la prima volta gli astronomi sono stati in grado di misurare la polarizzazione, una caratteristica dei campi magnetici, così vicino al bordo del buco nero. Le linee segnano l’orientamento della polarizzazione, che è legata al campo magnetico attorno all’ombra del buco nero. Credito immagine: collaborazione EHT

Visto per la prima volta in luce polarizzata, questa nuova visione del mostro in agguato al centro della nostra galassia, la Via Lattea, ha rivelato una struttura del campo magnetico sorprendentemente simile a quella di un buco nero molto più massiccio, noto come M87*, al centro. della galassia M87, suggerendo che forti campi magnetici potrebbero essere comuni a tutti i buchi neri. Questa somiglianza suggerisce anche un getto nascosto in Sgr A*. I risultati sono stati pubblicati il ​​27 marzo sulla rivista The Astrophysical Journal Letters.

Gli scienziati hanno svelato la prima immagine di Sgr A*, che si trova a circa 27.000 anni luce dalla Terra, in 2022, rivelando che, sebbene il buco nero supermassiccio della Via Lattea sia più di mille volte più piccolo e meno massiccio di quello di M87, sembra notevolmente simile. Ciò ha portato gli scienziati a chiedersi se i due condividessero tratti comuni al di fuori del loro aspetto. Per scoprirlo, il team ha deciso di studiare Sgr A* in luce polarizzata. Precedenti studi sulla luce intorno a M87* ha rivelato che il campi magnetici attorno al gigante del buco nero gli ha permesso di lanciare potenti getti di materiale nell’ambiente circostante. Basandosi su questo lavoro, le nuove immagini hanno rivelato che lo stesso potrebbe valere per Sgr A*.

Boris Georgievun ricercatore post-dottorato EHT presso UArizona Osservatorio Steward e coautore dello studio, ha affermato: “La consistenza delle strutture del campo magnetico attorno a Sgr A* e M87* suggerisce che i processi attraverso i quali i buchi neri alimentano ed espellono getti nell’ambiente circostante possono essere universali, nonostante le loro grandi differenze in termini di dimensioni e dimensioni. massa.”

“Quello che stiamo vedendo ora è che ci sono campi magnetici forti, contorti e organizzati vicino al buco nero al centro della Via Lattea”, ha detto Sara Issaoun, NASA Hubble Fellowship Program Einstein Fellow presso il Center for Astrophysicals | Harvard & Smithsonian e co-responsabile del progetto. “Oltre al fatto che Sgr A* ha una struttura di polarizzazione sorprendentemente simile a quella vista nel buco nero M87*, molto più grande e potente, abbiamo imparato che campi magnetici forti e ordinati sono fondamentali per il modo in cui i buchi neri interagiscono con il gas e la materia circostante”. loro.”

La luce è un’oscillazione in movimento di campi elettrici e magnetici che ci permette di vedere gli oggetti. A volte, la luce oscilla in modo preferito

orientamento, noto anche come polarizzato. Sebbene la luce polarizzata ci circondi, agli occhi umani è indistinguibile dalla luce “normale” o non polarizzata. Nel plasma attorno a questi buchi neri, le particelle che ruotano attorno alle linee del campo magnetico impartiscono uno schema di polarizzazione perpendicolare al campo. Ciò consente agli astronomi di vedere con dettagli sempre più vividi ciò che accade nelle regioni dei buchi neri e di mappare le linee del loro campo magnetico.

“Immaginando la luce polarizzata proveniente dal gas caldo e incandescente vicino ai buchi neri, stiamo deducendo direttamente la struttura e la forza dei campi magnetici che attraversano il flusso di gas e materia di cui il buco nero si nutre ed espelle”, ha affermato Angelo Ricarte, Harvard Black Hole. Fellow di iniziativa e co-responsabile del progetto. “La luce polarizzata ci insegna molto di più sull’astrofisica, sulle proprietà del gas e sui meccanismi che avvengono quando un buco nero si alimenta”.

Ma fotografare i buchi neri in luce polarizzata non è facile come indossare un paio di occhiali da sole polarizzati, e questo è particolarmente vero per Sgr A*, che sta cambiando così velocemente che non sta fermo per le foto. Immaginare il buco nero supermassiccio richiede strumenti sofisticati che vanno ben oltre quelli precedentemente utilizzati per catturare M87*, un obiettivo molto più stabile. Dan Marroneco-investigatore principale dell’EHT e coautore dell’articolo, professore di astronomia allo Steward Observatory, e il suo team hanno sviluppato strumenti che hanno rilevato le onde radio polarizzate per questo risultato.

“Similmente al modo in cui la luce polarizzata può dirci l’orientamento della superficie su cui rimbalza, come finestre o strade, può anche mostrarci l’orientamento dei campi magnetici attorno ai buchi neri”, ha detto Marrone. “Poiché i campi magnetici cambiano rapidamente attorno a Sgr A*, trasformare le osservazioni EHT in immagini polarizzate è stata una sfida enorme. Siamo davvero orgogliosi che i nostri dati contengano abbastanza informazioni.””

Gli scienziati affermano di essere entusiasti di avere immagini di entrambi i buchi neri supermassicci in luce polarizzata perché queste immagini, e i dati che ne derivano, forniscono nuovi modi per confrontare e contrapporre buchi neri con dimensioni e ambienti diversi. Con il miglioramento della tecnologia, è probabile che le immagini rivelino ancora più segreti sui buchi neri e le loro somiglianze o differenze.

“Questi risultati ci aiutano a migliorare i nostri modelli e le nostre teorie computerizzate e ci danno un’idea migliore di cosa succede alla materia vicino all’orizzonte degli eventi di un buco nero”, ha aggiunto il coautore. Chi-kwan Chanun professore di astronomia dell’UArizona che si concentra sulla modellizzazione teorica dei buchi neri.

L’EHT ha condotto diverse osservazioni dal 2017. Ogni anno, le immagini migliorano man mano che l’EHT incorpora nuovi telescopi, larghezza di banda più ampia e nuove frequenze di osservazione.

“Stiamo sviluppando hardware e software per automatizzare le osservazioni dell’EHT, consentendo così all’EHT di effettuare osservazioni più frequenti in futuro al fine di catturare filmati di buchi neri”, ha affermato Amy Lowitzuna ricerca EHT scienziato presso l’Osservatorio Steward che guida il progetto EHT Agility.

Tali osservazioni, che dureranno diversi mesi, rappresentano uno degli obiettivi principali dell’EHT per i prossimi anni Remo Tilanoprofessore dell’UArizona e responsabile operativo dell’EHT che supervisiona le campagne di osservazione e gli sviluppi tecnici.

“Con le capacità del Progetto Agility, dovremmo essere in grado di vedere il materiale che vortica intorno a M87* e viene espulso nei suoi getti”, ha detto Tilanus.

Le espansioni pianificate per il prossimo decennio consentiranno anche filmati ad alta fedeltà, potrebbero rivelare un getto nascosto in Sgr A* e permetteranno agli astronomi di osservare caratteristiche di polarizzazione simili in altri buchi neri. Ci sono anche piani in cantiere per estendere l’EHT nello spazio, fornendo immagini molto più nitide dei buchi neri e consentendo studi molto più potenti sulla rotazione dei buchi neri e sui meccanismi che alimentano i getti dei buchi neri.

L’EHT osserverà nuovamente Sgr A* in aprile, tenendo occupato il team dell’EHT UArizona. Insieme a Lowitz e Georgiev, ricercatore post-dottorato Andrew Thomas Ovest e studente laureato Gelsomino Washington stanno attualmente preparando il telescopio submillimetrico sul Monte Graham e il radiotelescopio da 12 metri dell’Arizona Radio Observatory sul Kitt Peak per la prossima osservazione.

Washington, che ha partecipato alla campagna di osservazione del 2021 come studentessa del primo anno di laurea, ha affermato di aver apprezzato l’esperienza ed è entusiasta di poter tornare quest’anno.

“Osserveremo con più telescopi che mai, offrendoci una migliore copertura e una maggiore sensibilità per effettuare queste misurazioni polarizzate”, ha detto.

West ha aggiunto: “Misurare con altissima fedeltà il modo in cui queste fonti sono cambiate dall’ultima volta che sono state osservate informerà i nostri modelli e ci permetterà di rispondere a domande fondamentali sulla fisica in questi ambienti estremi – è molto emozionante!”