银河系中心超大质量黑洞的新视图暗示了一个令人兴奋的隐藏特征

五毒男孩又

（）据美国太空网（Robert Lea）：天文学家首次捕捉到了位于Milly Way中心的超大质量黑洞人马座A*（Sgr A*）周围的偏振光和磁场。

事件视界望远镜（EHT）进行的历史性观测表明，整齐有序的磁场与M87星系中心超大质量黑洞周围的磁场相似。这是令人惊讶的，因为Sgr A*的质量大约是太阳的430万倍，但M87*要可怕得多，其质量相当于大约65亿个太阳。

因此，对Sgr A*的新的EHT观测表明，强而有序的磁场可能是所有黑洞共同的。此外，由于M87*的磁场驱动强大的外流或“喷流”，研究结果表明，Sgr A*可能有一个隐藏而微弱的喷流。



银河系中心的超大质量黑洞Sgr A*首次在偏振光中出现。（图片来源：EHT Collaboration）

“这张位于银河系中心的黑洞的新图像，Sgr A*，告诉我们，黑洞附近有强大、扭曲和有序的磁场，”哈佛大学和史密森尼学会天体物理中心（CfI）的研究联合负责人、NASA哈勃研究金计划爱因斯坦研究员Sara Issaoun告诉Space.com，“一段时间以来，我们一直认为磁场在黑洞如何以强大的喷流馈送和喷射物质方面发挥着关键作用。

“这张新图像，以及在更大、更强大的M87*黑洞中看到的惊人相似的极化结构，表明强大有序的磁场对黑洞如何与周围的气体和物质相互作用至关重要。”

比较两个巨型黑洞的磁性

EHT由全球各地的许多望远镜组成，包括阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列（ALMA），它们结合在一起形成了一个地球大小的望远镜，这对创造科学历史并不陌生。

2017年，EHT拍摄到了第一张黑洞及其环境的图像，对距离地球约5350万光年的M87*进行了成像。在这张照片于2019年向公众展示两年后，EHT的合作再次首次展示了M87*黑洞周围的偏振光。

当光的定向波指向特定角度时，就会发生偏振。等离子体在黑洞周围产生的磁场使光与黑洞成90度角偏振。这意味着，通过观察M87*周围的极化，科学家们首次“看到”了黑洞周围的磁场。



事件视界望远镜拍摄的超大质量黑洞M87*的第一张照片。（图片来源：EHT Collaboration）

随后在2022年，EHT还拍摄到了一个距离地球2.7万光年远的超大质量黑洞Sgr a*，银河系就围绕着这个黑洞雕刻而成。



使用事件视界望远镜拍摄的位于银河系中心的超大质量黑洞人马座A*的图像。（图片来源：EHT Collaboration）

现在，EHT终于为科学家们提供了偏振光的图像，从而提供了这个超大质量黑洞周围的磁场。

Issaoun说：“偏振光教会了我们磁场、气体的性质以及黑洞进食的机制。”。“考虑到拍摄Sgr A*的额外挑战，我们一开始就能够获得偏振图像，这真的很令人惊讶！”

尽管Sgr A*离地球更近，但这些挑战还是出现了，因为银河系超大质量黑洞的尺寸较小，这意味着以接近光速在其周围旋转的物质很难成像。M87*要大得多，这意味着材料在以相同的速度行进时，或多或少需要更长的时间来完成一个电路，从而使EHT更容易捕获。

克服这些困难意味着现在可以在超大质量黑洞光谱两端的两个黑洞之间进行比较，一个黑洞的质量是太阳的数十亿倍，另一个质量是我们恒星的数百万倍。最初的结论是，这些磁场彼此非常相似。



（左）在偏振光中看到的M87中心的黑洞。（右）偏振光中的Sgr A*与质量大得多的M87*相似（图片来源：EHT Collaboration）

Issaoun说：“这种相似性尤其令人惊讶，因为M87*和Sgr A*是非常不同的黑洞。”。“M87*是一个非常特殊的黑洞：它有60亿太阳质量，生活在一个巨大的椭圆星系中，它喷出在所有波长下都可见的强大等离子体射流。

“另一方面，Sgr A*非常常见：它有400万太阳质量，生活在我们普通的螺旋银河系中，而且似乎根本没有喷流。”

Issaoun解释说，仅仅通过观察光的偏振部分，研究小组就有望了解M87*和Sgr A*磁场的不同性质。

Issaoun补充道：“也许其中一个会更加有序和强大，而另一个会变得更加无序和软弱。”。“然而，因为它们看起来再次相似，现在很清楚，这两类不同的黑洞具有非常相似的磁场几何结构！”

研究结果表明，对Sgr a*进行更深入的研究可能会发现迄今为止尚未发现的特征。

银河系的超大质量黑洞是在发射隐藏的喷流吗？

Sgr A*的光的偏振和整齐而强大的磁场，以及它们与M87*非常相似的事实，可能表明我们的中心黑洞直到现在一直对我们隐瞒着一个秘密。

Issaoun解释道：“正如我们在M87*上观察到的那样，我们预计强而有序的磁场将与喷流的发射直接相关。”。“由于没有观察到喷流的A*中士似乎有着非常相似的几何形状，也许还有一架喷流潜伏在A*中士体内等待观察，这将是非常令人兴奋的！”

天文学家对没有看到来自Sgr a*的喷流并不感到非常惊讶。这是因为M87*被如此多的气体和尘埃包围，每年消耗相当于两到三个太阳的能量。这意味着它的磁场有足够的材料引导到两极并以喷流的形式喷出。

另一方面，Sgr A*消耗的物质如此之少，相当于一个人每一百万年吃一粒米。这些观察结果表明，我们节食的超大质量黑洞可能仍然有喷流；只是很难看到。

Issaoun说：“有很多证据表明，过去可能有外流，甚至是由黑洞驱动的喷流，但由于银河系中心的困难环境，Sgr a*中的喷流从未被成像。”。“发现一个喷流将是对我们黑洞的重大揭示，也是与银河系内黑洞历史的联系。”

她补充说，发射这些喷流的过程是整个宇宙中最具能量的机制，例如，通过清除恒星诞生所需的气体和尘埃，以及影响星系的生长和演化，极大地影响了星系的核心。这意味着，发现Sgr a*喷出的喷流将影响我们对银河系如何演变成天文学家今天观察到的形状的理解。

Issaoun继续说道：“令人震惊的是，星系中如此小的原子核会造成如此大规模的破坏，而这一切都始于中心黑洞的边缘，这些磁场在那里起着统治作用。”。



这张照片显示了ALMA在偏振光下拍摄到的M87星系中的喷流。这张图像揭示了沿射流的磁场结构。（图片来源：ALMA（ESO/NAOJ/NRAO），Goddi等人）

Issaoun说，有了这两张截然不同的黑洞的偏振图像，科学家们现在有了非常令人信服的证据，证明强磁场对这些宇宙巨星来说无处不在。

“下一步，”她说，“包括弄清楚几何结构如何与这些系统的移动、进化和爆发相联系。”

EHT将于4月初开始其2024年的观测活动，合作希望通过在不同频率的光下观测M87*和Sgr A*等熟悉黑洞，获得它们的多色视图。

Issaoun补充道：“在接下来的十年里，下一代EHT的目标是增加更多的望远镜，以填充我们地球大小的虚拟镜子，并更频繁地进行观测。”。“通过EHT的这些扩展，我们将能够拍摄黑洞的偏振电影，并将直接观察M87*黑洞及其喷流之间的动力学。”

此外，CFI的研究人员表示，EHT最终可以获得一些天基帮助，观察黑洞及其动力学。一项可能有助于实现这一目标的拟议任务是黑洞探测器（BHEX）任务概念，该概念在基于地球的EHT阵列中增加了一台太空望远镜。

Issaoun总结道：“黑洞旋转了多少，它们的自旋被认为与黑洞附近的磁场为什么看起来像以及它们如何发射喷流直接相关。”。“利用BHEX，我们可以对黑洞的尖锐光子环特征进行成像。这个光子环编码黑洞周围时空的特性，包括黑洞的自旋！”

EHT团队的研究于周三（3月27日）发表在《天体物理杂志快报》上。