Несмотря на то, что черная дыра нашей галактики скрыта от нас плотным слоем пыли Млечного пути, она остается лучшим кандидатом на изучение поведения дыр. Одна из важных характеристик дыры, влияющих на процессы поглощения материи – ее магнитное поле. За счет расположенного рядом с дырой пульсара интенсивность магнитного поля нашей дыры удалось примерно оценить.

В центре практически каждой (почти наверняка каждой) галактики находится сверхмассивная черная дыра. Массы этих объектов находятся в диапазонах от нескольких миллионов до нескольких миллиардов солнечных. В центре Млечного пути находится мощный источник излучения, в первую очередь радио (оно слабее поглощается пылью галактики), называемый Стрелец А*. В его центре должна находиться черная дыра, превышающее Солнце массой в 4 миллиона раз.

Изучение черных дыр связано с применением общей теории относительности, так как огромная масса дыры, сосредоточенная в точке, искривляет окружающее пространство-время. Пока что теория относительности хорошо описывает это явление, но, возможно, на каком-то пределе условий (расстояние до дыры, ее масса) теория уже не сможет объяснить происходящее, равно как классическая теория гравитации Ньютона вполне справлялась с описанием «легких» тел – звезд, планет, и их движения. Чтобы проверить теорию Эйнштейна, недостаточно изучать искривление пространства, нужно также иметь представление о происходящем со временем. Для этого около черной дыры надо поместить часы. В масштабах Вселенной их роль могут играть пульсары – быстро вращающиеся умершие звезды, частота которых падает чрезвычайно медленно и во время проведения измерений может считаться идеально постоянной. Сигналы радиоизлучения должны приходить от пульсара через равные промежутки времени.

Поиск пульсаров поблизости от Стрельца А* занял 20 лет. Наконец в этом году пульсар удалось найти с помощью нового орбитального телескопа, созданного специально для изучения черных дыр. Аппарат NuSTAR обнаружил пульсар на расстоянии всего в половину светового года от дыры. Его частота вращения – 3.76 секунды. Последующий анализ пульсара был проведен с помощью одного из крупнейших радиотелескопов в радиоабсерватории Эффельсберга.

«При первых попытках изучения пульсар был виден плохо, но это нормально – некоторые пульсары очень упрямы и пытаются избежать обнаружения, – говорит первый автор исследования, сотрудник Института радиоастрономии общества имени Макса Планка Ральф Это. – Когда мы начали второй сеанс наблюдений пульсар стал очень активен в радиодиапазоне и был виден достаточно ярким. Но я до сих пор не могу поверить, что нам удалось найти пульсар в самом центре нашей галактики». Параллельно с телескопом Эффельсберга проводилось наблюдение и другими, не такими грандиозными, аппаратами. Несмотря на то, что число пульсаров в центре Млечного пути оценивается в тысячи, найти их пока не удавалось. Причина этого неизвестна, так как радиоизлучение не должно сильно поглощаться при путешествии к Земле. Видимо, высокая плотность материи около дыры, связанное с ее питание магнитное поле и излучение все же эффективно скрывают от взора человека радиолучи пульсаров.

Пульсар в центре галактики, получивший обозначение PSR J1745-2900, принадлежит к редкому классу умерших звезд – магнетаров. Обычно на 500 обычных пульсаров приходится всего один магнетар, но зато его магнитное поле в тысячи раз мощнее поля обычных нейтронных звезд. Но это магнитное поле очень быстро рассеивается, так что подавляющее большинство открываемых нейтронных звезд лишены аномального поля: они попросту оказываются слишком старыми. Именно за счет мощного магнитного поля PSR J1745-2900 удалось изучить магнитное поле окружающего его источника Стрелец А*. Радиоизлучение от магнетара сильно поляризовано и потому чувствительно к магнитному полю, через которое проходит. А вот проверить теорию относительности с помощью PSR J1745-2900 не удастся. Он находится слишком далеко от дыры и из-за небольшого возраста имеет недостаточно постоянную скорость вращения.

Магнитное поле дыры важно потому, что оно сильно влияет на процесс поглощения материи. Аккреционный диск дыры состоит в основном из очень горячего ионизованного газа. Его движение к дыре происходит вдоль линий напряженности магнитного поля или как минимум отклоняется от типичной траектории падения на тяжелую дыру из-за взаимодействия с полем. «Магнитное поле дыры, которое нам удалось измерить, может регулировать поток материи, получаемой дырой, и участвует в создании потоков релятивистских частиц, – говорит Это. – Так что эти измерения оказываются важными для понимания процессов роста черных дыр, которые, в свою очередь, оказывают огромное влияние на судьбу всей галактики».

Радиосигнал магнетара, будучи поляризованным, меняет свою поляризацию при проходе через магнитное поле дыры. Анализируя излучение от магнетара, приходящее каждый 3.76 секунды и каждый раз с разной поляризацией, можно реконструировать магнитное поле, окружающее источник. В области, непосредственно окружающей PSR J1745-2900, магнитное поле в 100 раз слабее, чем геомагнитное поле. Однако экстраполяция до горизонта событий показывает, что здесь магнитное поле уже должно оказаться в несколько сотен раз мощнее земного. Это магнитное поле, создаваемое материей, скрывающей за горизонтом событий, может объяснить некоторые пока остающиеся тайной радио и рентгеновские лучи.