Загадка корон вокруг сверхмассивных черных дыр пока не решена
Давно известно, что сверхмассивные черные дыры, которые лежат в центрах галактик, имеют вокруг себя короны перегретой плазмы, похожие на корону вокруг Солнца
NASA, ESA, and D. Coe, J. Anderson, and R. van der Marel (STScI)
Исследователи из RIKEN и JAXA использовали наблюдения радиообсерватории ALMA, расположенной в северной части Чили и управляемой международным консорциумом, в том числе Национальной астрономической обсерваторией Японии (NAOJ), чтобы впервые измерить напряженность магнитных полей вблизи двух сверхмассивных черных дыр в центрах активных галактик. Удивительно, но силы магнитных полей оказываются недостаточными для питания так называемых «корон» — облаков перегретой плазмы, которые наблюдаются вокруг черных дыр в центрах этих галактик.
Давно известно, что сверхмассивные черные дыры, которые лежат в центрах галактик, имеют вокруг себя короны перегретой плазмы, похожие на корону вокруг Солнца. Для черных дыр эти короны могут быть нагреты до феноменальной температуры в один миллиард градусов Цельсия. Долгое время предполагалось, что, как и у Солнца, короны нагреваются энергиями магнитного поля. Однако эти магнитные поля никогда не измерялись вокруг черных дыр, оставляя неопределенность относительно точного механизма их существования.
В статье 2014 года исследовательская группа ученых предсказала, что электроны в плазме, окружающей черные дыры, будут излучать особый вид света, известный как синхротронное излучение, поскольку они существуют вместе с магнитными силами в коронах. В частности, это излучение будет в радиодиапазоне, то есть электромагнитные волны будут с большой длиной волны и низкой частотой. И астрономы направили свои усилия на то, чтобы измерить эти поля.
Они решили взглянуть на данные двух «близлежащих», в астрономических терминах, активных ядер галактик: IC 4329A, которая находится на расстоянии около 200 миллионов световых лет, и NGC 985, которая находится на расстоянии примерно 580 миллионов световых лет.
Они начали с проведения измерений с использованием обсерватории ALMA в Чили, а затем сравнили их с наблюдениями с двух других радиотелескопов: обсерватории VLA в США и обсерватории ATCA в Австралии, которые измеряют несколько разные полосы частот. Команда ученых обнаружила, что действительно было избыточное радиоизлучение, исходящее от синхротронного излучения, в дополнение к выбросам от «струй», выбрасываемых черными дырами.
Из наблюдений исследователи пришли к выводу, что короны имеют размер около 40 радиусов Шварцшильда (радиус черной дыры, из которого не может выйти даже свет), и силу около 10 гаусс, что немного больше, чем магнитное поле на поверхности Земли, но немного меньше, чем то, которое выдает типичный магнит на холодильнике.
«Сюрприз, — говорит Йошиюки Иноуэ, ведущий автор статьи, опубликованной в Astrophysical Journal, — заключается в том, что хотя мы подтвердили наличие радиосинхротронного излучения от короны в обоих объектах, оказалось, что магнитное поле, которое мы измерили слишком слабое, чтобы обеспечить интенсивный нагрев корон вокруг этих черных дыр». Он также отмечает, что одно и то же явление наблюдалось в обеих галактиках, подразумевая, что оно может быть общим явлением.
В будущем исследователи планируют искать признаки мощных гамма-лучей, которые должны сопровождать радиоизлучение, чтобы лучше понять, что происходит в окружающей среде вблизи сверхмассивных черных дыр.
Yoshiyuki Inoue et al. Detection of Coronal Magnetic Activity in nearby Active Supermassive Black Holes, The Astrophysical Journal (2018). DOI: 10.3847/1538-4357/aaeb95