Supermassiva svarta hål finns i mitten av de flesta galaxer, och vår Vintergatan är inget undantag. Men många andra galaxer har mycket aktiva svarta hål, vilket betyder att mycket material faller in i dem, sänder ut högenergistrålning i denna "matningsprocess". Vintergatans centrala svarta hål, å andra sidan, är relativt tyst. Nya observationer från NASA:s Stratosfärobservatorium för infraröd astronomi, SOFIA, hjälper forskare att förstå skillnaderna mellan aktiva och tysta svarta hål.

Dessa resultat ger oöverträffad information om det starka magnetfältet i mitten av Vintergatans galax. Forskare använde SOFIAs senaste instrument, den högupplösta Airborne Wideband Camera-Plus, HAWC+, att göra dessa mätningar.

Magnetiska fält är osynliga krafter som påverkar banorna för laddade partiklar, och har betydande effekter på materiens rörelser och utveckling i hela universum. Men magnetiska fält kan inte avbildas direkt, så deras roll är inte väl förstådd. HAWC+-instrumentet detekterar polariserat långt infrarött ljus som sänds ut av himmelska dammkorn, som är osynlig för mänskliga ögon. Dessa korn riktar sig vinkelrätt mot magnetfält. Från SOFIA-resultaten, astronomer kan kartlägga formen och härleda styrkan hos det annars osynliga magnetfältet, hjälper till att visualisera denna grundläggande naturkraft.

"Detta är ett av de första fallen där vi verkligen kan se hur magnetfält och interstellär materia interagerar med varandra, " noterade Joan Schmelz, University Space Research Center astrofysiker vid NASA Ames Research Center i Kaliforniens Silicon Valley, och en medförfattare på ett papper som beskriver observationerna. "HAWC+ är en spelväxlare."

Tidigare observationer från SOFIA visar den lutande ringen av gas och damm som kretsar runt Vintergatans svarta hål, som kallas Skytten A* (uttalas "Skytten A-stjärna"). Men de nya HAWC+-data ger en unik bild av magnetfältet i detta område, som verkar spåra regionens historia under de senaste 100, 000 år.

Detaljer om dessa magnetfältsobservationer från SOFIA presenterades vid mötet i juni 2019 i American Astronomical Society och kommer att lämnas till Astrofysisk tidskrift .

Det svarta hålets gravitation dominerar dynamiken i Vintergatans centrum, men magnetfältets roll har varit ett mysterium. De nya observationerna med HAWC+ visar att magnetfältet är tillräckligt starkt för att begränsa gasens turbulenta rörelser. Om magnetfältet kanaliserar gasen så att den strömmar in i själva det svarta hålet, det svarta hålet är aktivt, eftersom den äter mycket gas. Dock, om magnetfältet kanaliserar gasen så att den strömmar in i en bana runt det svarta hålet, då är det svarta hålet tyst eftersom det inte får i sig någon gas som annars så småningom skulle bilda nya stjärnor.

Forskare kombinerade mellan- och fjärrinfraröda bilder från SOFIAs kameror med nya strömlinjer som visualiserar magnetfältets riktning. Den blå y-formade strukturen (se figur) är ett varmt material som faller mot det svarta hålet, som ligger nära där y-formens två armar skär varandra. Att lägga strukturen av magnetfältet över bilden avslöjar att magnetfältet följer formen på den dammiga strukturen. Var och en av de blå armarna har sin egen fältkomponent som är helt skild från resten av ringen, visas i rosa. Men det finns också platser där fältet svänger bort från de viktigaste dammstrukturerna, såsom ringens övre och nedre ändpunkter.

"Det magnetiska fältets spiralform leder gasen in i en bana runt det svarta hålet, sa Darren Dowell, en forskare vid NASA:s Jet Propulsion Laboratory, huvudutredare för HAWC+-instrumentet, och huvudförfattare till studien. "Detta kan förklara varför vårt svarta hål är tyst medan andra är aktiva."

De nya SOFIA- och HAWC+-observationerna hjälper till att avgöra hur material i den extrema miljön av ett supermassivt svart hål interagerar med det, inklusive att ta upp en långvarig fråga om varför det centrala svarta hålet i Vintergatan är relativt svagt medan de i andra galaxer är så ljusa.