科学家捕捉到黑洞中扭曲的喷流,其细节前所未有

2019年4月10日,世界第一次看到了黑洞的图像,巨大的黑色被明亮的光晕包围,这为超大质量黑洞的存在提供了有力的证据。

同样用于捕捉标志性图像的望远镜现在也获得了一份稀有的图像——强大的等离子体射流从一个超大质量的黑洞附近发射出来,黑洞质量大约是太阳质量的10亿倍。

事件视界望远镜是一个望远镜阵列,它结合了从智利沙漠到夏威夷到南极的各种无线电卫星的力量,这一阵列刚刚发布了一幅图像,有史以来第一次描绘了黑洞的细节。这幅图像中的黑洞具有奇怪的、扭曲的形状,是科学家没有预料到的。这一新发现发表在4月7号的《天文学》和《天体物理学》杂志上。

超大质量黑洞附近等离子体射流,由德国马普射电天文研究所(MPIfR)的J. Y. Kim、波士顿大学布拉扎计划(VLBA和GMVA)和事件视距望远镜合作拍摄

图像显示黑洞周围有一圈旋转的气体和灰尘,等离子体射流以红色气流的形式从黑洞中喷射出来。

奇怪而扭曲

这一图像背后的团队正在使用事件视界望远镜观察准星3C 279,其位于50亿光年之外的处女座。准星是一个非常明亮和活跃的星系核,它的中心含有超大质量的黑洞。

这一特定的物体被确定为类星体,因为它的超级明亮的光位于中心位置,闪烁的物体,如气体、恒星,会落入黑洞。黑洞以周围的物体为食,当它们变大时会吞噬它们。

位于3C 279中心的黑洞正在将其附近的气体和恒星撕碎,在其周围形成吸积盘,并以接近光速的速度将两束等离子体射流发射出去。

能够捕捉到等离子体射流的图像,可以使科学家们更好地观察基座,这一发现是始料未及的。

科学家们一开始认为,等离子体射流的基座会像他们身体的其他部分一样,首先从一条直流中开始。然而,新的图像显示其底座是扭曲的。

德国马普射电天文研究所的天文学家,该研究的主要作者金宰英在一份声明中指出,“这就像打开最小的俄罗斯套娃,却发现里面是完全不同的形状。我们也知道,每当你打开一扇新的宇宙之窗,你就会发现新的东西。我们期望通过最清晰的图像找到射流形成的区域,一种垂直结构已经被我们发现。”

这项新研究背后的研究小组不太确定是什么导致了射流底部的这种扭曲,但他们认为这可能与射流与黑洞周围的吸积盘相互作用的方式有关。

除了扭曲的基座外,这一图像还会产生了光学错觉。其中一个射流直接指向地球,似乎以超过光速20倍的速度向我们移动。这一速度甚至有可能更快,因为物体在追逐它发射的光。

望远镜的成就

类似于第一个黑洞图像的出现,这一图像第一次发现了清晰的等离子体射流,也是一个重大的天文壮举。

为了捕捉这一图像,来自世界不同地区的望远镜一起工作,通过收集地球旋转时的原始数据,基本上就相当于一个地球大小的望远镜。这些观察是在2017年4月进行的。然后将原始数据转换为高度清晰的图像。据研究人员说,由此产生的分辨率为20微秒,这相当于从月球上的宇航员看到的地球上的橙子。

“EHT天线阵一直在改进,”谢普杜勒曼事件视界望远镜的创始主任和哈佛-史密森天文学中心的天文学家在一份声明中说,“这些新的类星体结果表明,独特的EHT能力可以解决广泛的科学问题,这一能力会随着我们继续向阵列添加新的望远镜而继续增长。”

事件视界望远镜观测活动每年进行一次。然而,为了应对冠状病毒的爆发,今年的运动被取消。天文台的科学家们将专注于他们几年前收集的数据。

作者:Passant Rabie

FY:董美慧

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