Открыт универсальный характер поляризации излучения у горизонта черных дыр

Международная группа астрофизиков представила новое теоретическое открытие: поляризация излучения вблизи горизонта событий черной дыры подчиняется универсальной зависимости. Работа опубликована на сервере препринтов arXiv и описывает, как измерив поляризацию, можно определить спин черной дыры и механизм извлечения энергии из её вращения.

Исследователи рассмотрели стационарную, осесимметричную и вырожденную магнитосферу Керра — вращающейся черной дыры. Они показали, что картина линейной поляризации синхротронного излучения, исходящего от основания силовых линий, пронизывающих горизонт, не зависит от геометрии магнитного поля. Единственными параметрами являются спин черной дыры и наклон оси вращения к лучу зрения наблюдателя.

Ученые вывели простую аналитическую формулу для этой «поляризационной сигнатуры» горизонта. Проверка на усредненных по времени изображениях из релятивистских магнитогидродинамических симуляций подтвердила предсказание: модели демонстрируют ту же тенденцию приближения к универсальному значению поляризации у горизонта.

Практическое значение открытия в том, что его можно проверить на реальных наблюдениях. Телескоп Event Horizon Telescope уже получил изображения сверхмассивной черной дыры M87* в центре галактики M87. Однако для измерения поляризационных трендов у самого горизонта потребуется более высокое разрешение — порядка микроугловых секунд. Это возможно с помощью будущих интерферометрических сетей со сверхдлинной базой.

Если предсказанный эффект будет обнаружен, он позволит точно измерить спин M87*, а также получить прямое доказательство того, что силовые линии магнитного поля действительно пронизывают горизонт событий и извлекают энергию вращения через процесс Блэнфорда—Знаека. Этот механизм считается ключевым для формирования релятивистских джетов — мощных плазменных выбросов из окрестностей черных дыр.

«Подобные исследования переводят астрофизику черных дыр от качественных картинок к точным количественным измерениям», — комментируют авторы работы. Новый подход может стать стандартным инструментом для анализа поляриметрических данных будущих миссий, таких как расширенная сеть Event Horizon Telescope и космические проекты.

Открытие универсальности поляризации упрощает интерпретацию наблюдений и приближает учёных к ответу на фундаментальные вопросы о природе пространства-времени в сильных гравитационных полях. Следующий шаг — проверка закономерности на других черных дырах, включая Sgr A* в центре Млечного Пути.