事件視界望遠鏡放大另一個超大質量黑洞

2019年4 月 10 日,由事件視界望遠鏡(EHT)提供的第一張黑洞影象對世界進行了處理。具體來說,該影象是位於被稱為M87(又名室女座 A)的超巨橢圓星系中心的超大質量黑洞(SMBH )。這些強大的自然力量位於大多數大型星系的中心,其中包括銀河系(被稱為人馬座 A*的 SMBH 所在的星系)。

事件視界望遠鏡放大另一個超大質量黑洞

使用一種稱為甚長基線干涉測量法(VLBI) 的技術,這張影象標誌著天文學家新時代的誕生,他們終於可以對這些強大的自然力進行詳細研究。由於 EHT 協作團隊在 2017 年的 6 小時觀測期內進行的研究,天文學家現在正在接受半人馬座 A 核心區域和從它發出的射流的影象。

描述他們的發現研究,最近出現在天文宇宙,由EHT合作,其中涉及來自非洲,亞洲,歐洲,北美和南美的300多個研究人員進行的。來自馬克斯普朗克射電天文學研究所、黑洞倡議(BHI)、耶魯大學天文學和天體物理學中心、普林斯頓理論科學中心、熨斗研究所以及多所大學和研究機構的研究人員加入了他們的行列。

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半人馬座 A 星系的影象,結合了光學、X 射線和紅外資料。

幾十年來,天文學家已經知道 SMBH 位於被大量塵埃和氣體環包圍的大多數大型星系的中心。這些環是由 SMBH 的巨大引力引起的,它將塵埃和氣體加速到相對論速度(光速的一小部分)並觸發大量電磁能(包括無線電波)的釋放。

這個過程是導致星系核變得“活躍”的原因——也就是。一個活動星系核(AGN)或類星體-在核心區域大大超過一枝獨秀星系盤多次。雖然黑洞邊緣的物質會吸積到它的表面,但周圍的一些物質會在以相對論性噴流的形式捕獲之前逃逸到太空中——這是已知宇宙中能量最高的特徵之一。

正如他們在研究中指出的那樣,從 2017 年 EHT 觀測活動中獲得的資料使該團隊能夠捕捉到頻率高 10 倍、解析度高 16 倍的影象。這是由 EHT 的分辨能力實現的,這是八個射電天文臺的結果,當它們組合在一起時,就構成了一個具有地球大小的孔徑的虛擬望遠鏡。

半人馬座 A 距離銀河系超過 1300 萬光年,是離我們最近的射電星系,並且(以射電波長成像時)是夜空中最大、最亮的天體之一。使用允許拍攝 M87 影象的相同干涉測量技術,該團隊以 1。3 毫米的波長以令人難以置信的清晰解析度觀察半人馬座 A。

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來自半人馬座 A 的相對論噴流的特寫影象。

正如該研究的合著者、EHT 董事會成員兼拉德堡德大學天體物理學教授 Heino Falcke 在 NOVA新聞稿中所說:

“這讓我們第一次看到和研究了比光在一天中傳播的距離還小的尺度上的河外射電射流。我們親眼目睹了超大質量黑洞發射的巨大噴流是如何誕生的……

“這些資料來自同一觀測活動,該活動提供了著名的 M87 黑洞影象。新的結果表明,EHT 提供了關於種類豐富的黑洞的資料寶庫,而且還有更多。”

此前,在射電波長監測半人馬座 A 的任務是透過使用南方毫秒干涉測量法(TANAMI)跟蹤活動星系核來監督的,TANAMI 是一個多波長計劃,由位於四大洲的九個射電望遠鏡組成。自 2000 年代中期以來,TANAMI 一直在研究半人馬座 A 的核心區域,該區域具有釐米波長的 VLBI,以及南方天空中的其他相對論噴流和活動星系核 (AGN)。

然而,新影象不僅在解析度上要高得多,而且還揭示了半人馬座 A 以前從未見過的特徵。例如,EHT 團隊注意到半人馬座 A 的邊緣比中心更亮,這種現象在其他噴流中已經觀察到,但從未如此明顯。這些觀察結果將為天體物理學家嘗試模擬物質在 SMBH 存在下的行為方式提供資訊,這仍不清楚。

特別是,天體物理學家仍在試圖弄清楚相對論性噴流是如何發射的,或者它們如何在不擴散的情況下延伸數光年。“我們發現用我們用於 M87 的相同模型來解釋具有挑戰性,” EHT 科學委員會副主席、該研究的合著者 Sera Markoff說。“一定是發生了一些不同的事情,比如螺旋磁場,這為我們提供了關於它們如何‘擠壓’噴流的新線索。”

由於對半人馬座 A 噴氣機進行了新的 EHT 觀測,據信噴氣機的發射點與 SMBH 的可能位置一致。基於此,研究小組預測,未來以更短波長和解析度的觀測將能夠拍攝半人馬座 A 中心的 SMBH——類似於 2019 年用 M87 所做的。

這可能需要天基觀測,這將允許進行更精確的基線干涉測量(不受大氣失真的影響)。由於像 EHT 這樣的陣列,對這種現象的持續研究也使天文學家能夠觀察物理定律在宇宙中最極端的環境中是如何運作的。

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