全球第二张黑洞相片来了。
4月初,间隔全球首张黑洞相片发布一年,天文学家团队获得了一张由超大质量黑洞驱动的巨大等离子体射流的图像,这张相片显现黑洞正向外猛烈喷发大量物质。
尽管这张相片依旧高糊,但它初次提醒了黑洞喷发流是呈曲折状,推翻了天文学家以往对黑洞辐射流呈直线状的形象。
55亿光年外的黑洞长这样
第二张黑洞相片上的超大质量黑洞位于间隔地球约55亿光年外的类星体中心,从论文信息看,这张黑洞相片拍照于2017年4月,相同由事情视界望远镜拍照;该类星体看起来十分明亮,在许多年前就被天文学家命名为3C 279。
“类星体就是看上去相似恒星的天体,是一类离地球很远、能量很高的河外星系的活动星系核,中心是猛烈吞噬周围物质的、质量超过千万太阳质量的超大质量黑洞。”中国科学院紫金山天文台研讨员刘四明告知《科技周刊》记者,类星体、脉冲星、微波布景辐射和星际有机分子一度被称为20世纪60时代天文学的“四大发现”。
长期以来,因类星体间隔悠远,以及黑洞体积很小等原因,天文学家对这类天体的探究手段有限。不过,因为黑洞强大的引力,使得周围物质在落入黑洞的进程中发作“剧烈摩擦生热”,并释放出巨大的能量,类星体便成为了宇宙中最耀眼的天体,而这一次事情视界望远镜的突破就在于观测到喷流的详细结构。
天文学家在论文中称,3C 279是一颗具有明显无线电射流的光学剧变类星体,其挨近光速运动的物质喷流被以为指向地球方向,因为多普勒效应呈现出比其它类星体更亮和更多变的高能辐射特征。不同于其他光学剧变类星体,3C 279中心的超大质量黑洞周围还盘旋着一个能发出强烈辐射的气体吸积盘(环绕在黑洞周围的气体和尘土混合物),并往外喷发火焰状的高速等离子体。
有史以来最高分辨率拍到喷流
黑洞向外喷物质,很早以前天文学家就现已了解。刘四明介绍,上个世纪五六十时代,人类对黑洞还没有直接观测依据的时分,就现已发现喷流的存在,其时天文学家就猜想这种带着巨大能量的喷流不太或许由恒星发生,于是便开始怀疑它由黑洞发生。
此前,钱德拉太空望远镜等也曾发现过相似的黑洞喷流,这次,事情视界望远镜依靠史上最高的分辨率拍到了喷流相片。
“黑洞发生喷流的进程能够浅显地解说为物质坠落黑洞时彼此拥挤磕碰并发热,造成一部分物质被挤出来。”刘四明解说,其发生机制可总结为物质坠落黑洞时构成吸盘,沿着吸盘方向的物质简单掉进去;而垂直于吸盘方向的物质就简单被揉捏喷发出来。
去年4月公布的世界第一张黑洞相片并没有看到喷流,对此刘四明回答,黑洞的喷流一直存在,不同的望远镜看到的喷流大小方向都不一样;此次位于德国波恩的马普射电天文研讨所Jae Young Kim团队得到的有史以来最高分辨率的观测,因为喷流视点和辐射性质正好,所以能够拍到黑洞邻近的喷流结构;第一次黑洞相片没拍到喷流,是因为室女座黑洞的喷流在观测视场之外。
第二张黑洞相片发布后,有网友标明仍是感觉模糊不清。刘四明说,尽管望远镜的分辨率有史以来最高,但依然有限。风趣的是,拍照这张相片只用了4天,“修图”却花了3年;这4天内,天文学家搜集到了大量的数据,然后汇总到马克斯射电天文学研讨所和麻省理工学院的超级计算机上,进行分析与组成,随后历经3年才面世。
喷流曲折突破天文学家设想
2017年4月,天文学家经过超高角分辨率技能——1.3mm(230GHz)VLBI技能(甚长基线干与测量技能,一种用于射电天文学中的天文干与测量方法)对3C 279的中心喷发流的精细结构进行了4次观测,最终发现该喷发流底部的曲折形态。
这与天文学家以往的认知有很大的距离,在拍照到这张相片之前,天文学家设想黑洞的喷发流是呈直线状;但第二张相片提醒了喷发流底部似乎是曲折的。
至于喷流为什么是曲折的,刘四明解说,一直以来,科学家们观测到的黑洞喷流规范比星系规范还要大,在整个大规范上,喷流总体就是一条直线,这是基本的观测事实。这次喷流呈曲折状,刘四明猜想与磁场有关,“坠落黑洞中物质被揉捏加热后彻底电离(在动能效果下,原子、分子构成离子的进程)发生磁场,磁场就像一个拉不断的橡皮筋,你越拉它越强; 此次相片显现的曲折状喷流很或许代表磁场的一种结构,磁场在吸盘里被拉弯,便造成喷流曲折的现象。”
哈佛大学和史密森大学天体物理中心则以为,这或许是喷发进程中的冲击波和不稳定性,导致了喷流的歪曲形状。也有科学家以为,这或许与高能的伽马射线有关。总归,对于这个现象,天文学家还没有一个一致的解说,现在也只能靠提出各种假说然后由未来观测验证。
喷流背面,探寻星系演化秘密
研讨黑洞喷流有什么含义?刘四明标明,喷流是黑洞十分明显的观测特征,喷流也带着了巨大的能量并发生辐射,经过光学望远镜看到的黑洞喷流亮度乃至高于整个星系的亮度;所以研讨喷流喷出来的物质,对研讨喷流地点整个星系的构成演化都有重要的效果。
“喷流是宇宙中一种十分剧烈的能量释放事情,它影响的规范从黑洞邻近一直到整个星系外面,影响范围极大,对整个宇宙结构和星系演化都有重要的影响。”刘四明说,喷流还能够解答黑洞是怎么进食和成长的,黑洞并不会全部吞噬吸盘里的物质,而是抛出其中一部分,至于吞得多仍是抛得多,有很大的不确定性。
总归,黑洞喷流在星际结构演变中的重要性显而易见,它的实在相片不仅能够协助天文学家推演星系中壮丽喷流是怎么构成并影响星系演化的,还或许推翻人类此前对黑洞,乃至引力、宇宙的认知,正如这一次的相片,就是从喷流和气体吸积盘的层面为天文学家带来了新的发现和信息。而随着事情视界望远镜探测深度的加强,未来还将有更多有意思的现象被发现。
拍到喷流相片的下一步研讨方向是什么?刘四明以为,这次拍照到的黑洞和去年那个比较要远许多,这标明事情视界望远镜的全体研讨方向在扩大,结合高分辨率的观测,将把整个超大质量黑洞以往的研讨分支慢慢一致起来。“既然咱们现在能够看到黑洞邻近的景象,能够验证爱因斯坦的广义相对论,将来也有或许就发现一些问题和依据,标明这套理论或许还不够完善。”
刘四明还泄漏,他的同事袁强研讨员正在研讨黑洞邻近一些超出粒子物理规范模型的现象,他们相信黑洞邻近存在大量叫“轴子”的粒子,假如实在存在,会对黑洞成像有必定影响,他们正在经过事情视界望远镜探究“轴子”存在的依据。