天文提问

银河系的“磁化”黑洞

时间:2018-09-13 11:27 来源:未知 作者:admin

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作者:Camille M. Carlisle

原文来自:

Posted: 2015. 12. 3

编译:Melipal  审校:admin(编译版权所有,未经许可请勿转载。)

天文学家探测到了环绕着银心黑洞的磁场。

天文学家正在追求着目睹黑洞。这并没有听上去那样不切实际。虽然黑洞恶名在外,但它们只是蹩脚的宇宙真空而已:黑洞只会吞噬环绕四周的吸积盘中一部分的气体。正是这些发光的气体盘破坏了巨兽固有的潜伏性。黑洞极端的引力让边缘周围的盘面发出的光线弯曲,形成了泄露自身存在的侧影 这是视界(也就是永不复返的位置)的 阴影 。

至少这是一个概念:我们还没有看到这样的阴影。但是就致力于去发现这一现象。,它将夏威夷到南极的射电天线联结在一起,让它们作为一架尺度与整个行星相当的巨型虚拟望远镜(干涉仪)协同工作。

在这项模拟中,强引力让银河系黑洞周围的光线发生了弯曲,在发光的背景下留下了一个侧影。(图片提供:Abraham Loeb Avery Broderick)

作为这项工作的一部分,来自哈佛-史密松天体物理中心的迈克尔 约翰逊(Michael Johnson)与其他EHT合作组的成员现在使用扩展中的望远镜网络的缩微版,观测了银河系中心的黑洞 人马A*周围的磁场之舞。

发狂的黑洞

天文学家使用夏威夷、加州以及亚利桑那州的望远镜进行了观测,窥探了黑洞的内层圣所。这些观测是使用新一代原子钟进行同步的。由于只用到了3处台址和几个晚上的观测时间,他们并没有办法重构出完整的图像 他们没能看到整个大象,现在看到的只相当于一只耳朵,或是一段象鼻。

但是对于开始理清银心所发生过程的他们来说,这一小部分已经够好了。

小组探测到了所谓的同步辐射。同步辐射是带有偏振特性的,与湖面反射的光线类似。这种辐射是由围绕着磁力线螺旋运动的电子形成的。但是这种偏振辐射并不稳定,它的偏振度和方向在发生着变化,而且变化速度很快,时标大约是15分钟的量级。如果偏振辐射发生了变化,这意味着磁场本身也在四向运动,转而意味着交织着磁场的气体同样发生着运动。实际上,它看上去完全是湍流。

这张艺术概念图展示了银河系中心的黑洞 人马A*周围环绕的高温电离气体盘。图中的蓝线描出了磁场。天文学家使用视界望远镜第一次测量了银心黑洞的磁场,分辨出了小至6倍于视界(也就是史瓦西半径)的结构。磁场混乱且易变,就好像缠绕在一起的意大利面条一样。小组发现的磁场要么分布在盘中,要么属于喷流(如果银心黑洞有喷流的话 天文学家并不清楚这个问题的答案)。(图片提供:CfA / M. Weiss)

这些变化只会出现在非常靠近黑洞的地方。因此天文学家本质上看到了湍动的磁场,它们就在气体最终冲过视界的地方附近欢腾跳跃。

小组在12月4日的《科学》杂志上报告称,这些观测揭示出了尺度只及黑洞半径6倍的结构。约翰逊总结道,能在这样的尺度上探测到这样的运动与变化 着实让人惊讶 。

让理论变为现实

来自马里兰大学的克里斯 雷诺(Chris Reynolds)说,对于理论家来说,这一结果是个好消息。雷诺一生都在研究黑洞。仅仅为了弄清吸积盘中的气体为何会落入黑洞,人们就花费了几十年 气体应该永远环绕黑洞运动,因为它们的密度过于稀薄,没有足够的摩擦力让其减速。20年前,天体物理学家最终认识到,在吸积盘中螺旋流动的磁场会拖曳磁场,激发出湍流,并剥夺掉气体的角动量,让它们落入黑洞。

雷诺说: 但这一切都主要处在理论范畴。我们确信,这是吸积盘必然的机制,原因是我们想不出更好的主意。 EHT的新观测表明,理论家身处正轨。 要解决这个问题的症结所在,我们需要对一个真正的黑洞进行切实测量。

约翰逊称,现在小组还并不能说清磁场究竟是喷流还是吸积盘的一部分,不过看上去他们可能只看到了两者之一,而不是二者皆备。雷诺补充说,天文学家并不知道人马A*是否具有喷流,不过在模拟工作中,喷流经常会从一些慢速吞食的黑洞中射出,就好像我们银河系中的这个。

EHT小组今年又额外引入了两架望远镜,而且正在让ALMA参与到网络中来,这项工作预计在接下来一两年内可以完成。当EHT可以构筑图像之后,我们经由视界侧影了解到的东西毫无疑问会让我们大吃一惊的。

参考文献:迈克尔 D 约翰逊等人,,《科学》,2015年12月4日。

(全文完)

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