來自事件視界望遠鏡 (EHT) 合作的新圖像，其中包括來自天體物理中心的科學(xué)家 |哈佛與史密森尼 (CfA) — 發(fā)現(xiàn)了從超大質(zhì)量黑洞人馬座 A* (Sgr A*) 邊緣螺旋上升的強大且有組織的磁場。這是首次在偏振光下觀察到的潛伏在銀河系中心的怪物的新視圖，揭示了其磁場結(jié)構(gòu)與 M87 星系中心黑洞的磁場結(jié)構(gòu)驚人地相似，這表明強磁場可能是所有黑洞共有的。這種相似性也暗示了 Sgr A* 中存在隱藏的噴氣式飛機。研究結(jié)果今天發(fā)表在《天體物理學(xué)雜志快報》上。

科學(xué)家于2022 年公布了人馬座 A* 的第一張圖像，該圖像距離地球約 27,000 光年，顯示雖然銀河系的超大質(zhì)量黑洞比 M87 的黑洞小一千倍以上，質(zhì)量也比 M87 的黑洞小一千多倍，但它看起來非常相似。這讓科學(xué)家們想知道，除了外表之外，兩人是否也有共同的特征。為了找到答案，研究小組決定在偏振光下研究 Sgr A*。之前對 M87* 周圍光的研究表明，黑洞巨星周圍的磁場使其能夠?qū)姶蟮奈镔|(zhì)射流發(fā)射回周圍環(huán)境。在這項工作的基礎(chǔ)上，新圖像顯示 A* 中士可能也是如此。

“我們現(xiàn)在看到的是，在銀河系中心的黑洞附近存在著強大的、扭曲的、有組織的磁場，”史密森天體物理觀測站 (SAO) CfA NASA 哈勃獎學(xué)金項目愛因斯坦研究員Sara Issaoun說道。 )天體物理學(xué)家，也是該項目的共同領(lǐng)導(dǎo)者。 “人馬座 A* 的極化結(jié)構(gòu)與更大、更強大的 M87* 黑洞中的極化結(jié)構(gòu)驚人相似，我們了解到，強大且有序的磁場對于黑洞如何與周圍的氣體和物質(zhì)相互作用至關(guān)重要。他們。”

光是一種振蕩或移動的電磁波，使我們能夠看到物體。有時，光會沿首選方向振蕩，我們稱之為“偏振”。盡管偏振光圍繞著我們，但對于人眼來說，它與“正常”光無法區(qū)分。在這些黑洞周圍的等離子體中，圍繞磁場線旋轉(zhuǎn)的粒子賦予垂直于磁場的極化圖案。這使得天文學(xué)家能夠更加清晰地看到黑洞區(qū)域中發(fā)生的事情并繪制它們的磁場線。

哈佛黑洞計劃研究員和哈佛黑洞計劃研究員表示：“通過對黑洞附近熾熱氣體的偏振光進行成像，我們可以直接推斷出黑洞賴以生存和噴射的氣體和物質(zhì)流中的磁場的結(jié)構(gòu)和強度。”項目聯(lián)合負責(zé)人Angelo Ricarte。 “偏振光教會我們更多關(guān)于天體物理學(xué)、氣體特性以及黑洞進食時發(fā)生的機制的知識。”

但在偏振光下對黑洞進行成像并不像戴上一副偏振太陽鏡那么容易，對于 Sgr A* 來說尤其如此，它的變化速度如此之快，以至于它不會靜止不動地拍照。對超大質(zhì)量黑洞進行成像需要比以前用于捕獲 M87*(一個更穩(wěn)定的目標)的工具更復(fù)雜的工具。 CfA 博士后研究員兼 SAO 天體物理學(xué)家Paul Tiede表示：“令人興奮的是我們能夠拍攝 Sgr A* 的偏振圖像。第一張圖像經(jīng)過數(shù)月的廣泛分析才能了解其動態(tài)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動力學(xué)的挑戰(zhàn)。我們的模型經(jīng)常預(yù)測高度湍流的磁場，這使得構(gòu)建偏振圖像變得極其困難。幸運的是，我們的黑洞要平靜得多，使得第一張圖像成為可能。”

科學(xué)家們很高興能夠在偏振光下獲得兩個超大質(zhì)量黑洞的圖像，因為這些圖像及其附帶的數(shù)據(jù)提供了比較和對比不同大小和質(zhì)量的黑洞的新方法。隨著技術(shù)的進步，這些圖像可能會揭示黑洞的更多秘密及其相似點或差異。

伊利諾伊大學(xué)厄巴納-香檳分校博士后研究員Michi Bauböck表示：“M87* 和 Sgr A* 在幾個重要方面有所不同：M87* 更大，并且它以更快的速度從周圍環(huán)境中吸收物質(zhì)。因此，我們可能預(yù)計磁場看起來也有很大不同。但在這種情況下，它們被證明非常相似，這可能意味著這種結(jié)構(gòu)是所有黑洞所共有的。更好地了解黑洞附近的磁場有助于我們回答幾個懸而未決的問題——從噴流如何形成和發(fā)射到我們在紅外和X射線中看到的明亮耀斑的動力。”

自 2017 年以來，EHT 已進行了多次觀測，并計劃于 2024 年 4 月再次觀測 Sgr A*。隨著 EHT 配備新望遠鏡、更大帶寬和新觀測頻率，圖像每年都會得到改善。計劃在未來十年進行的擴展將使人馬座 A* 的高保真電影成為可能，可能會揭示隱藏的噴流，并可能使天文學(xué)家能夠觀察其他黑洞中類似的偏振特征。與此同時，將 EHT 延伸到太空將提供比以往更清晰的黑洞圖像。