天文學(xué)家揭示了銀河系中心黑洞邊緣螺旋狀的強(qiáng)磁場(chǎng)
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事件視界望遠(yuǎn)鏡（EHT）的合作于2022年發(fā)布了我們銀河系黑洞的第一張圖像，它捕捉到了銀河系中心大質(zhì)量物體的學(xué)家系中心黑旋狀新視圖：它在偏振光中的樣子。這是揭示天文學(xué)家第一次能夠測(cè)量偏振，這是銀河緣螺磁場(chǎng)的一個(gè)特征，在人馬座a*的洞邊的強(qiáng)邊緣附近。這張圖片展示了銀河系黑洞的磁場(chǎng)偏振視圖。這些線標(biāo)記了極化的天文方向，這與黑洞陰影周圍的學(xué)家系中心黑旋狀磁場(chǎng)有關(guān)。來(lái)源：uux.cn/EHT協(xié)作
（神秘的揭示地球uux.cn）據(jù)哈佛史密森天體物理中心（Amy C.Oliver）：事件視界望遠(yuǎn)鏡（EHT）合作的一張新圖像——包括哈佛和史密森天體物理中心（CfA）的科學(xué)家——揭示了超大質(zhì)量黑洞人馬座A*（Sgr A*）邊緣螺旋產(chǎn)生的強(qiáng)大而有組織的磁場(chǎng)。
這是銀河緣螺首次在偏振光中看到的潛伏在銀河系中心的怪物的新視圖，揭示了一個(gè)與M87星系中心黑洞驚人相似的洞邊的強(qiáng)磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)，這表明強(qiáng)磁場(chǎng)可能是磁場(chǎng)所有黑洞共同的。這種相似性也暗示了Sgr a*中隱藏的天文噴氣式飛機(jī)。
研究結(jié)果發(fā)表在《天體物理雜志快報(bào)》上。學(xué)家系中心黑旋狀
科學(xué)家們?cè)?022年公布了距離地球約2.7萬(wàn)光年的揭示Sgr A*的第一張圖像，揭示了盡管銀河系的超大質(zhì)量黑洞比M87的小一千多倍，質(zhì)量也比M87小一千多倍，但它看起來(lái)非常相似。
這讓科學(xué)家們懷疑，除了長(zhǎng)相之外，這兩個(gè)人是否有共同的特點(diǎn)。為了找到答案，研究小組決定在偏振光中研究Sgr A*。先前對(duì)M87*周圍光線的研究表明，這顆黑洞巨星周圍的磁場(chǎng)使其能夠向周圍環(huán)境發(fā)射強(qiáng)大的物質(zhì)噴流。在這項(xiàng)工作的基礎(chǔ)上，新的圖像顯示，Sgr A*可能也是如此。
“我們現(xiàn)在看到的是，在銀河系中心的黑洞附近有強(qiáng)大、扭曲和有組織的磁場(chǎng)，”CfA NASA哈勃研究金項(xiàng)目愛因斯坦研究員、史密森天體物理天文臺(tái)天體物理學(xué)家、該項(xiàng)目的聯(lián)合負(fù)責(zé)人Sara Issaoun說。
“Sgr A*具有與更大、更強(qiáng)大的M87*黑洞驚人相似的極化結(jié)構(gòu)，我們已經(jīng)了解到，強(qiáng)大有序的磁場(chǎng)對(duì)黑洞如何與周圍的氣體和物質(zhì)相互作用至關(guān)重要。”
在左邊，銀河系中心的超大質(zhì)量黑洞人馬座A*在偏振光中可見，可見線表示偏振的方向，這與黑洞陰影周圍的磁場(chǎng)有關(guān)。在中心，SOFIA捕捉到的來(lái)自銀河系中心的偏振發(fā)射。在右后方，普朗克合作組織繪制了銀河系塵埃的偏振發(fā)射圖。來(lái)源：uux.cn/S.Issaoun，EHT Collaboration
光是一種振蕩或移動(dòng)的電磁波，使我們能夠看到物體。有時(shí)，光會(huì)以一個(gè)首選的方向振蕩，我們稱之為“偏振光”。盡管偏振光圍繞著我們，但在人眼看來(lái)，它與“正常”光是無(wú)法區(qū)分的。
在這些黑洞周圍的等離子體中，圍繞磁力線旋轉(zhuǎn)的粒子產(chǎn)生垂直于場(chǎng)的偏振模式。這使天文學(xué)家能夠越來(lái)越生動(dòng)地看到黑洞區(qū)域發(fā)生的事情，并繪制出它們的磁力線。
哈佛大學(xué)黑洞倡議研究員兼項(xiàng)目聯(lián)合負(fù)責(zé)人Angelo Ricarte表示：“通過對(duì)黑洞附近熱發(fā)光氣體的偏振光進(jìn)行成像，我們可以直接推斷出穿過黑洞賴以生存和噴出的氣體和物質(zhì)流的磁場(chǎng)的結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度。”。“偏振光教會(huì)了我們更多關(guān)于天體物理學(xué)、氣體的性質(zhì)以及黑洞進(jìn)食時(shí)發(fā)生的機(jī)制的知識(shí)。”
但是，在偏振光中成像黑洞并不像戴上一副偏振太陽(yáng)鏡那么容易，尤其是Sgr a*，它的變化如此之快，以至于無(wú)法靜止不動(dòng)拍照。對(duì)超大質(zhì)量黑洞進(jìn)行成像需要復(fù)雜的工具，而不是以前用來(lái)捕捉M87*的工具，M87*是一個(gè)更穩(wěn)定的目標(biāo)。
CfA博士后、SAO天體物理學(xué)家Paul Tiede說：“我們能夠拍攝到Sgr a*的偏振圖像，這真是令人興奮。第一張圖像花了數(shù)月的時(shí)間進(jìn)行了廣泛分析，以了解其動(dòng)力學(xué)性質(zhì)并揭示其平均結(jié)構(gòu)。”
“制作偏振圖像增加了黑洞周圍磁場(chǎng)動(dòng)力學(xué)的挑戰(zhàn)。我們的模型經(jīng)常預(yù)測(cè)高度湍流的磁場(chǎng)，這使得構(gòu)建偏振圖像變得極其困難。幸運(yùn)的是，我們的黑洞平靜得多，使第一張圖像成為可能。”
科學(xué)家們很高興能在偏振光中獲得這兩個(gè)超大質(zhì)量黑洞的圖像，因?yàn)檫@些圖像及其附帶的數(shù)據(jù)為比較和對(duì)比不同大小和質(zhì)量的黑洞提供了新的方法。隨著技術(shù)的進(jìn)步，這些圖像可能會(huì)揭示更多黑洞的秘密及其異同。
從偏振光中可以看到，這張超大質(zhì)量黑洞M87*和人馬座A*的并排圖像向科學(xué)家表明，這些野獸具有相似的磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)。這一點(diǎn)意義重大，因?yàn)樗砻鳎刂坪诙慈绾勿佀秃桶l(fā)射噴流的物理過程可能是超大質(zhì)量黑洞的普遍特征。來(lái)源：uux.cn/EHT協(xié)作
伊利諾伊大學(xué)厄巴納-香檳分校的博士后研究員Michi Bauböck說：“M87*和Sgr A*在幾個(gè)重要方面不同：M87*要大得多，它以更快的速度從周圍環(huán)境中吸入物質(zhì)。所以，我們可能預(yù)計(jì)磁場(chǎng)看起來(lái)也很不一樣。但在這種情況下，它們非常相似，這可能意味著這種結(jié)構(gòu)對(duì)所有黑洞來(lái)說都是常見的。”
“更好地了解黑洞附近的磁場(chǎng)有助于我們回答幾個(gè)懸而未決的問題——從噴流是如何形成和發(fā)射的，到我們?cè)诩t外和X射線光中看到的明亮耀斑的能量。”
EHT自2017年以來(lái)進(jìn)行了多次觀測(cè)，計(jì)劃于2024年4月再次觀測(cè)Sgr A*。每年，隨著EHT結(jié)合了新的望遠(yuǎn)鏡、更大的帶寬和新的觀測(cè)頻率，圖像都會(huì)得到改善。未來(lái)十年的計(jì)劃擴(kuò)展將使Sgr A*的高保真電影成為可能，可能揭示隱藏的噴流，并使天文學(xué)家能夠在其他黑洞中觀察到類似的偏振特征。同時(shí)，將EHT擴(kuò)展到太空將提供比以往任何時(shí)候都更清晰的黑洞圖像。
CfA正在領(lǐng)導(dǎo)幾項(xiàng)重大舉措，以在未來(lái)十年大幅提高EHT。下一代EHT（ngEHT）項(xiàng)目正在對(duì)EHT進(jìn)行變革性升級(jí)，旨在將多個(gè)新的無(wú)線電波碟形天線上線，實(shí)現(xiàn)同時(shí)多色觀測(cè)，并提高陣列的整體靈敏度。
ngEHT的擴(kuò)展將使該陣列能夠在事件視界尺度上拍攝超大質(zhì)量黑洞的實(shí)時(shí)電影。這些電影將解決事件視界附近的詳細(xì)結(jié)構(gòu)和動(dòng)力學(xué)問題，使人們關(guān)注廣義相對(duì)論預(yù)測(cè)的“強(qiáng)場(chǎng)”引力特征，以及吸積和相對(duì)論噴流發(fā)射的相互作用，從而塑造宇宙中的大規(guī)模結(jié)構(gòu)。
與此同時(shí)，黑洞探測(cè)器（BHEX）的任務(wù)概念將把EHT擴(kuò)展到太空，產(chǎn)生天文學(xué)史上最清晰的圖像。BHEX將能夠探測(cè)和成像“光子環(huán)”——一種由黑洞周圍的強(qiáng)透鏡發(fā)射形成的尖銳環(huán)特征。
黑洞的性質(zhì)印在光子環(huán)的大小和形狀上，揭示了數(shù)十個(gè)黑洞的質(zhì)量和自旋，進(jìn)而顯示了這些奇怪的物體是如何生長(zhǎng)并與其宿主星系相互作用的。