Астрономы зафиксировали необычные изменения в магнитных полях вокруг черной дыры M87*

16 сентября 2025 года коллаборация Event Horizon Telescope (EHT) представила результаты новой серии наблюдений за сверхмассивной черной дырой M87*, расположенной в центре галактики M87. Снимки, собранные в период с 2017 по 2021 год, выявили неожиданное поведение магнитных полей вблизи горизонта событий. Впервые было зафиксировано изменение направления поляризованного света. Эти данные, опубликованные в журнале Astronomy & Astrophysics, демонстрируют, как поляризованный свет меняется со временем вокруг черной дыры.

В 2017 году силовые линии магнитного поля были закручены в одном направлении, тогда как к 2021 году их ориентация изменилась на противоположную. Это указывает на то, что плазма вблизи горизонта событий не остается статичной, а развивается сложным и турбулентным образом. Галактика M87 находится на удалении около 55 миллионов световых лет от Земли, а её черная дыра имеет массу, превышающую солнечную в 6 миллиардов раз. Это первый объект, сфотографированный EHT в 2019 году, и его изображение в поляризованном свете было получено в 2021 году.

Многолетние наблюдения EHT позволяют начать отслеживать эволюцию физических процессов вокруг черной дыры. Поляризация света играет ключевую роль в исследовании физической среды вблизи горизонта событий, позволяя восстановить ориентацию и геометрию магнитных полей через анализ плазмы, вращающейся вокруг черной дыры. Новые данные EHT за 2017, 2018 и 2021 годы показали явное изменение направления поляризации, что свидетельствует о глубокой перестройке локального магнитного поля.

В 2017 году линии поляризации излучения были ориентированы в одном направлении вдоль яркой части кольца, окружающего черную дыру M87*. В 2021 году эта ориентация изменилась на противоположную, при этом структура поляризации осталась столь же упорядоченной. Это явление можно объяснить изменениями в плазме вблизи горизонта событий и эффектом «вращения Фарадея», который заключается в отклонении поляризации света при прохождении через намагниченные области. Полученные изображения были созданы с использованием данных из нескольких полос наблюдения и различных методов реконструкции, что обеспечило высокую надежность и последовательность результатов.

Несмотря на изменения в направлении поляризации, размер и форма яркого кольца оставались неизменными, что с высокой точностью подтверждает предсказания общей теории относительности.

Эти наблюдения показывают, что хотя изображение черной дыры кажется стабильным, физические процессы в плазме вблизи горизонта событий являются динамичными и сложными. Поляризация позволяет отслеживать эволюцию магнитных полей в масштабе нескольких лет, что является новым подходом в изучении сверхмассивных черных дыр.

В 2021 году наблюдения EHT впервые предоставили прямые доказательства протяженного излучения от релятивистской струи (джета) в области, ближайшей к черной дыре M87*. Это излучение исходит из так называемого «основания джета», где частицы высоких энергий формируются и ускоряются перед распространением на галактические расстояния. Обнаружение стало возможным благодаря расширению сети EHT, включая добавление радиотелескопов Китт-Пик в Аризоне и NOEMA во Франции, что улучшило покрытие и чувствительность интерферометра на масштабе менее миллиарксекунды.

Данные, полученные на частоте 230 ГГц, представляют собой важный первый шаг в изучении связи среды вблизи горизонта событий с областями формирования релятивистской струи. Модели аккреции предсказывают, что джет питается полоидальным магнитным полем и энергией вращения черной дыры. Прямое наблюдение излучения у основания джета предоставляет новые экспериментальные данные для проверки этих сценариев.

Расширение и улучшение сети EHT, включающей радиотелескопы в разных частях мира, значительно повысило чувствительность и разрешение изображений, что позволило зафиксировать более слабые сигналы и мелкие детали в центральном регионе M87. Производительность существующих телескопов, таких как Гренландский и Джеймс Клерк Максвелл, была улучшена благодаря новым калибровкам и техническим улучшениям, что повысило надежность данных и позволило проводить точные сравнения между наблюдениями разных лет.

Новые короткие базы между телескопами позволили выявить слабое и диффузное излучение джета, которое ранее оставалось незамеченным. Многолетние наблюдения представляют собой важный шаг в изучении динамических процессов вблизи горизонта событий. Следующей целью коллаборации будет увеличение частоты наблюдений с целью получения временной последовательности, которая в реальном времени документирует эволюцию джета и поляризации. Это позволит более детально исследовать физику черных дыр и связь между аккрецией, магнитными полями и формированием джетов.