天国学家创造虚构望远镜观测遥远一级黑洞,地

2019-08-30 作者:科技展览   |   浏览(165)

天文学家创建虚拟望远镜观测遥远超级黑洞

图片 1借助事件视界望远镜,天文学家第一次观测到了黑洞视界附近的磁场。图片来源:CfA

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大多数人把黑洞当成是宇宙中的巨型真空吸尘器,会把所有靠它太近的东西全都吞噬掉。然而,星系中心的超大质量黑洞更像是宇宙引擎,将落向黑洞的物质转化为能量,以强烈辐射的形式释放出来,亮度甚至超过周边所有恒星放出的光芒。如果这个黑洞在自转,它还能产生强劲的喷流,将物质向外喷射到成千上万光年,从而塑造整个星系的面貌。科学家认为,这些黑洞引擎是由磁场驱动的。现在,有史以来第一次,天文学家在我们银河系中心超大黑洞事件视界的外侧探测到了磁场。

这是有史以来最高分辨率的图像,展示了星系中央附近超大质量黑洞释放粒子和磁场的状态

这项研究的主要作者、美国哈佛-史密松天体物理中心(CfA)的迈克尔·约翰逊(Michael Johnson)说,“了解这些磁场至关重要。之前还没有人能够在黑洞的事件视界附近分辨出磁场,直到现在。”

腾讯太空讯 据国外媒体报道,天文学家使用15个射电望远镜揭示了一个活跃星系的中心图像,这是有史以来最高分辨率的图像,展示了星系中央附近超大质量黑洞释放粒子和磁场的状态。本计划来自位于波恩的马克斯-普朗克研究所,组成的超级射线望远镜相当于八倍地球直径的大小,创造了历史上最高分辨率的图像。

首席研究员、CfA及美国麻省理工学院(MIT)的谢普·多尔曼(Shep Doeleman)补充道,“人们早就预言这些磁场应该存在,但以前还从来没人看到过它们。我们的数据给几十年来的理论研究提供了坚实的观测基础。”

其中Spektr-R射电望远镜位于莫斯科,直径为100米,还有其他14个射电望远镜规模也很大,分布在全球各地。欧洲科学家称构成的虚拟望远镜观测能力相当于从地球上看月球表面的两欧元硬币。所观测的黑洞相当于2亿倍太阳质量。

这一壮举是借助事件视界望远镜(Event Horizon Telescope,EHT)完成的。事件视界望远镜由世界各地的多台射电望远镜联网而构成,它的效果相当于一台地球那么大的巨型望远镜。由于越大的望远镜能够提供更多的细节,事件视界望远镜最终将有能力分辨小到15微角秒的特征。(1角秒相当于1度的1/3600,15微角秒就相当于在地球上看月亮表面一颗高尔夫球的大小。)

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这么高的分辨率是必须的,因为黑洞是宇宙中最致密的天体。银河系中心的黑洞,即人马座A*,质量相当于太阳的400万倍,而它的事件视界直径只有1300万千米,比太阳系里水星的轨道还小。而且由于这个黑洞距离地球25000光年,从地球上看去,它的视界大小就只有区区10微角秒。幸好,黑洞强大的引力会弯曲并放大事件视界,使得它看起来要大一些,可以达到大约50微角秒。这样的大小,事件视界望远镜可以轻松分辨。

图片 3事件视界望远镜由世界各地的射电望远镜联网而构成,最终将有能力直接拍摄银河系中心超大黑洞的视界。图片来源:亚历桑那大学

事件视界望远镜在1.3mm波长的射电波段进行观测。研究团队测量了这些光的线偏振。在地球上,阳光经过反射之后会变成线偏振光,这也是偏振太阳镜能够遮挡阳光和减少眩光的原因所在。而在人马座A*这个超大黑洞周围,偏振光则是由沿着磁力线盘旋的电子发出的。因此,这些光直接揭示了磁场的结构。

人马座A*被一个吸积盘包围,其中都是绕着黑洞旋转的物质。研究团队发现,磁场在靠近黑洞的某些区域是混乱的,有着杂乱的磁圈和涡漩,就像搅在一起的意大利面。相反,其他区域的磁场则有序得多,可能是物质喷流产生的区域。

他们还发现,黑洞周边的磁场在短至15分钟的时间段内都会发生明显变化。

约翰逊说,“事实再次证明,银河系中心是一个精力充沛的地方,动态超出我们之前的想象。那些磁场全都在跳动。”

这些观测运用了位于三个不同地点的天文观测设备:位于夏威夷莫纳克亚山的亚毫米波阵和麦克斯韦望远镜;位于亚利桑那州格雷厄姆山的亚毫米波望远镜;以及位于加利福尼亚Bishop附近的毫米波天文学研究联合阵(CARMA)。随着世界各地更多射电天线加入事件视界望远镜,它将获得越来越高的观测分辨率,最终目标则是首次直接拍摄黑洞的事件视界。

多尔曼说,“要建造一台横跨整个地球的望远镜,唯一的办法就是把世界各地的科学家召集起来一起工作。有了这一成果,事件视界望远镜距离破解天文学的一个中心悖论又更近了一步,那就是——为什么黑洞会如此明亮?”

相关论文发表在今天(12月4日)出版的《科学》杂志上。(编辑:Steed)

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