Prima gaură neagră fotografiată face ceva fără precedent în câmpul magnetic

Prima imagine a unei găuri negre – celebrul inel portocaliu al obiectului M87* – a deschis o fereastră către fizica extremelor. Acum, aceeași țintă cosmică oferă o surpriză: câmpul ei magnetic din vecinătatea orizontului de evenimente pare să-și fi inversat direcția într-un interval de doar câțiva ani, un fenomen observat pentru prima dată în jurul unei găuri negre. Analizele colaborării Event Horizon Telescope (EHT), bazate pe observații din 2017, 2018 și 2021, arată că, deși „umbra” găurii negre rămâne stabilă, „vremea” din plasma magnetizată de lângă orizont este turbulentă și în schimbare rapidă.

M87* se află la aproximativ 55 de milioane de ani-lumină și are o masă de circa 6,5 miliarde de sori. Este motorul unui jet relativist uriaș, care iese din nucleul galaxiei M87 și injectează energie în mediul intergalactic. Tocmai pentru a înțelege cum se „alimentează” un asemenea monstru și cum își lansează jeturile, astronomii au urmărit nu doar luminozitatea inelului de emisie, ci și polarizarea luminii – un „traseu” care trădează geometria câmpurilor magnetice.

Ce au văzut astronomii în datele de polarizare

De la o imagine la alta, conturul inelului a rămas practic neschimbat, confirmând stabilitatea „umbrei” prezise de teoria relativității generale. Însă hărțile de polarizare au scos la iveală o poveste diferită. În 2017, modelul sugera o răsucire a câmpului în sens orar; în 2018, semnătura s-a schimbat către anti-orar și a părut să se stabilizeze; iar în 2021, configurația anti-orară a rămas dominantă. Pe scurt, liniile câmpului magnetic și-au inversat direcția într-un interval scurt la scară cosmică, arată studiul publicat în Astronomy & Astrophysics.

Această inversare nu înseamnă că „se întoarce” însăși gaura neagră. Vorbim despre plasma încinsă și magnetizată din imediata vecinătate a orizontului, acolo unde materia, încă nebăgată „înăuntru”, orbitează cu viteze relativiste. Când undele luminoase traversează un astfel de mediu, orientarea lor se organizează, iar astronomii pot măsura polarizarea pentru a reconstrui direcția câmpurilor. Faptul că semnătura se schimbă atât de mult în câțiva ani sugerează un mediu extrem de dinamic, în care turbulența, reconectarea magnetică și variațiile de alimentare cu materie joacă un rol major.

De ce contează o „inversare” de câmp la marginea orizontului

Câmpul magnetic este veriga-cheie în tabloul jeturilor relativiste. Teoriile dominante – de la scenariile de tip Blandford–Znajek, în care energia de rotație a găurii negre este extrasă prin câmpuri magnetice, până la variante în care discul de acreție domină procesul – au în comun nevoia de un câmp suficient de ordonat și puternic pentru a colima materia și a o accelera aproape de viteza luminii. O inversare a direcției câmpului ar putea fi semnătura unei reconectări magnetice la scară mare, a unei „reorganizări” a fluxurilor de materie sau a unor cicluri naturale din dinamica discului.

În paralel, stabilitatea razei inelului – care marchează „umbra” găurii negre – întărește ideea că, deși mediul din jurul orizontului fierbe, metricul spațiu-timp rămâne neschimbat pe intervalele observate. Este o validare dublă: relativitatea generală funcționează la scară de orizont, iar magneto-hidrodinamica relativistă ne arată „vremea” schimbătoare din jurul aceleiași geometrii.

Schimbarea polarizării câmpului magnetic din jurul lui M87*. (Foto: EHT Collaboration)

Ce urmează: către „filmul” unei găuri negre

Seriile EHT au demonstrat că imagini aparent similare pot ascunde transformări dramatice în polarizare. Următorul pas este densificarea în timp a observațiilor: echipa își propune o campanie „rapid-fire” pentru a surprinde secvențe mai dese și, ideal, primul „film” al unei găuri negre. Un astfel de film ar lega schimbările de polarizare de episoadele de alimentare cu materie, de scânteierile de reconectare magnetică și, poate, de variații la baza jetului.

Pe măsură ce aceste date se adună, M87* rămâne laboratorul ideal pentru fizica extremelor. Inversarea câmpului nu este doar o curiozitate; este o probă că mediul de lângă orizontul de evenimente este un sistem viu, turbulent, în care materia și câmpurile magnetice se reorganizează continuu. Iar din felul în care se reorganizează depinde nu doar „meniul” cu care este hrănită gaura neagră, ci și energia pe care o împinge în cosmos sub forma jeturilor colosale.

Implicații mai largi pentru galaxiile gazdă

Jeturile de tipul celui din M87 modelează evoluția galaxiilor: pot încălzi gazul intergalactic, pot inhiba sau declanșa formarea de stele și pot redistribui energie pe sute de mii ori milioane de ani-lumină. A înțelege cum se leagă inversările câmpului de puterea jetului ar putea clarifica de ce unele nuclee active „freamătă” cu violență, iar altele rămân tăcute. Observațiile sincronizate la mai multe lungimi de undă – de la radio până la raze X – vor fi esențiale pentru a corela schimbările de polarizare din apropierea orizontului cu variațiile de la baza și de-a lungul jetului.

Pentru moment, mesajul e simplu și spectaculos: prima gaură neagră pe care am văzut-o vreodată continuă să ne surprindă. Stabilă în umbră, dar capricioasă în câmpuri, M87* ne arată că „nemaivăzutul” devine vizibil atunci când privești îndeajuns de atent – și suficient de des – către marginea absolută a spațiului și timpului.