天文学家揭示了银河系中心黑洞边缘螺旋状的强磁场

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事件视界望远镜（EHT）的合作于2022年发布了我们银河系黑洞的第一张图像，它捕捉到了银河系中心大质量物体的新视图：它在偏振光中的样子。这是天文学家第一次能够测量偏振，这是磁场的一个特征，在人马座a*的边缘附近。这张图片展示了银河系黑洞的偏振视图。这些线标记了极化的方向，这与黑洞阴影周围的磁场有关。来源：EHT协作

（）据哈佛史密森天体物理中心（Amy C.Oliver）：事件视界望远镜（EHT）合作的一张新图像——包括哈佛和史密森天体物理中心（CfA）的科学家——揭示了超大质量黑洞人马座A*（Sgr A*）边缘螺旋产生的强大而有组织的磁场。

这是首次在偏振光中看到的潜伏在银河系中心的怪物的新视图，揭示了一个与M87星系中心黑洞惊人相似的磁场结构，这表明强磁场可能是所有黑洞共同的。这种相似性也暗示了Sgr a*中隐藏的喷气式飞机。

研究结果发表在《天体物理杂志快报》上。

科学家们在2022年公布了距离地球约2.7万光年的Sgr A*的第一张图像，揭示了尽管银河系的超大质量黑洞比M87的小一千多倍，质量也比M87小一千多倍，但它看起来非常相似。

这让科学家们怀疑，除了长相之外，这两个人是否有共同的特点。为了找到答案，研究小组决定在偏振光中研究Sgr A*。先前对M87*周围光线的研究表明，这颗黑洞巨星周围的磁场使其能够向周围环境发射强大的物质喷流。在这项工作的基础上，新的图像显示，Sgr A*可能也是如此。

“我们现在看到的是，在银河系中心的黑洞附近有强大、扭曲和有组织的磁场，”CfA NASA哈勃研究金项目爱因斯坦研究员、史密森天体物理天文台天体物理学家、该项目的联合负责人Sara Issaoun说。

“Sgr A*具有与更大、更强大的M87*黑洞惊人相似的极化结构，我们已经了解到，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。”



在左边，银河系中心的超大质量黑洞人马座A*在偏振光中可见，可见线表示偏振的方向，这与黑洞阴影周围的磁场有关。在中心，SOFIA捕捉到的来自银河系中心的偏振发射。在右后方，普朗克合作组织绘制了银河系尘埃的偏振发射图。来源：S.Issaoun，EHT Collaboration

光是一种振荡或移动的电磁波，使我们能够看到物体。有时，光会以一个首选的方向振荡，我们称之为“偏振光”。尽管偏振光围绕着我们，但在人眼看来，它与“正常”光是无法区分的。

在这些黑洞周围的等离子体中，围绕磁力线旋转的粒子产生垂直于场的偏振模式。这使天文学家能够越来越生动地看到黑洞区域发生的事情，并绘制出它们的磁力线。

哈佛大学黑洞倡议研究员兼项目联合负责人Angelo Ricarte表示：“通过对黑洞附近热发光气体的偏振光进行成像，我们可以直接推断出穿过黑洞赖以生存和喷出的气体和物质流的磁场的结构和强度。”。“偏振光教会了我们更多关于天体物理学、气体的性质以及黑洞进食时发生的机制的知识。”

但是，在偏振光中成像黑洞并不像戴上一副偏振太阳镜那么容易，尤其是Sgr a*，它的变化如此之快，以至于无法静止不动拍照。对超大质量黑洞进行成像需要复杂的工具，而不是以前用来捕捉M87*的工具，M87*是一个更稳定的目标。

CfA博士后、SAO天体物理学家Paul Tiede说：“我们能够拍摄到Sgr a*的偏振图像，这真是令人兴奋。第一张图像花了数月的时间进行了广泛分析，以了解其动力学性质并揭示其平均结构。”

“制作偏振图像增加了黑洞周围磁场动力学的挑战。我们的模型经常预测高度湍流的磁场，这使得构建偏振图像变得极其困难。幸运的是，我们的黑洞平静得多，使第一张图像成为可能。”

科学家们很高兴能在偏振光中获得这两个超大质量黑洞的图像，因为这些图像及其附带的数据为比较和对比不同大小和质量的黑洞提供了新的方法。随着技术的进步，这些图像可能会揭示更多黑洞的秘密及其异同。



从偏振光中可以看到，这张超大质量黑洞M87*和人马座A*的并排图像向科学家表明，这些野兽具有相似的磁场结构。这一点意义重大，因为它表明，控制黑洞如何馈送和发射喷流的物理过程可能是超大质量黑洞的普遍特征。来源：EHT协作

伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的博士后研究员Michi Baub?ck说：“M87*和Sgr A*在几个重要方面不同：M87*要大得多，它以更快的速度从周围环境中吸入物质。所以，我们可能预计磁场看起来也很不一样。但在这种情况下，它们非常相似，这可能意味着这种结构对所有黑洞来说都是常见的。”

“更好地了解黑洞附近的磁场有助于我们回答几个悬而未决的问题——从喷流是如何形成和发射的，到我们在红外和X射线光中看到的明亮耀斑的能量。”

EHT自2017年以来进行了多次观测，计划于2024年4月再次观测Sgr A*。每年，随着EHT结合了新的望远镜、更大的带宽和新的观测频率，图像都会得到改善。未来十年的计划扩展将使Sgr A*的高保真电影成为可能，可能揭示隐藏的喷流，并使天文学家能够在其他黑洞中观察到类似的偏振特征。同时，将EHT扩展到太空将提供比以往任何时候都更清晰的黑洞图像。

CfA正在领导几项重大举措，以在未来十年大幅提高EHT。下一代EHT（ngEHT）项目正在对EHT进行变革性升级，旨在将多个新的无线电波碟形天线上线，实现同时多色观测，并提高阵列的整体灵敏度。

ngEHT的扩展将使该阵列能够在事件视界尺度上拍摄超大质量黑洞的实时电影。这些电影将解决事件视界附近的详细结构和动力学问题，使人们关注广义相对论预测的“强场”引力特征，以及吸积和相对论喷流发射的相互作用，从而塑造宇宙中的大规模结构。

与此同时，黑洞探测器（BHEX）的任务概念将把EHT扩展到太空，产生天文学史上最清晰的图像。BHEX将能够探测和成像“光子环”——一种由黑洞周围的强透镜发射形成的尖锐环特征。

黑洞的性质印在光子环的大小和形状上，揭示了数十个黑洞的质量和自旋，进而显示了这些奇怪的物体是如何生长并与其宿主星系相互作用的。