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首张黑洞极化照片揭示黑洞边缘强磁场

在2019年,事件视界望远镜(EHT)团队拍摄了M87星系中黑洞区域的第一张图像。该图像显示出明亮的环状结构,中心区域是黑洞的阴影。这标志着我们对这些最奇异的天体的认识又迈出了重要的一步。

首张黑洞极化照片揭示黑洞边缘强磁场M87黑洞的极化照片。(Handout / European Southern Observatory / AFP)两年后,该图像得到升级:现在它具有极化信息。“我们现在看到了下一个至关重要的证据,可以理解磁场在黑洞周围的行为,以及在这个非常紧凑空间区域中的活动如何驱动远超银河系的强大喷流。”荷兰拉德伯德大学(Radboud Universiteit)的助理教授莫妮‧莫西西布罗兹卡(Monika Mościbrodzka)在一份声明中说。极化是光的一种特性,它倾向于在特定方向上振荡。它在我们的日常生活中具有广泛的应用,从向我们展示生动的3D电影的偏光眼镜到帮助我们滤除眩光的偏光太阳镜。它也可以成为天文学家的强大工具,因为它揭示了非常强大的磁化等离子体中的磁场结构。美国普林斯顿大学(Princeton University)的安德鲁‧查尔(Andrew Chael)在同一份声明中说:“新发布的极化图像是了解磁场如何使黑洞“吃掉”物质并发射强大的射流的关键。”首张黑洞极化照片揭示黑洞边缘强磁场M87黑洞是一个非常活跃且极端的黑洞,因为它会消耗大量周围物质并发射相对论性等离子喷流。喷流非常明亮,可以从黑洞延伸到数千光年。但是,这个喷流的起源对于天文学家来说仍然是未知的。特别是,喷流的大小可能超过M87星系的大小,但它来自比我们的太阳系更小的微小区域。另外,之所以来自黑洞附近的光是极化的,是因为产生辐射的机制是同步辐射,这也是在核反应堆中发生的至关重要的辐射过程。因此在极端环境(例如黑洞附近)中了解这种物理机制也至关重要。“观察结果表明,黑洞边缘的磁场足够强,可以将热气体推回去,并帮助其抵抗重力的拉动。只有从磁场中溢出的气体才会最终掉进黑洞。”美国科罗拉多大学博尔德分校(University of Colorado, Boulder)助理教授杰森‧德克斯特(Jason Dexter)在同一份声明中解释说。为了观察M87黑洞,EHT合作将全球八台望远镜,包括阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列(ALMA)和阿塔卡马探路者实验(APEX)连接在一起,创建了一个虚拟的地球大小的望远镜。使用称为无线电干涉术的先进技术,EHT的分辨率能够看到月球表面上信用卡大小的物体。“借助ALMA和APEX,它们通过位于南部的位置通过增加EHT网络的地理分布来提高图像质量,欧洲科学家得以在研究中发挥核心作用。”欧洲南方天文台(ESO)的ALMA科学家希斯卡‧坎普(Ciska Kemper)在一份声明中说, “ ALMA拥有66根天线,在极化光的总体信号收集中占主导地位,而APEX对于图像校准至关重要”。“在校正、成像和解释EHT观测结果时,ALMA数据也至关重要,这对解释物质在黑洞事件视界附近的行为的理论模型提供了严格的约束”, 拉德伯德大学的科学家西里科‧戈迪(Ciriaco Goddi)在上述声明中补充道。荷兰莱顿天文台领导了一项后续研究,该研究仅依赖于ALMA的观测结果。首张黑洞极化照片揭示黑洞边缘强磁场“ EHT正在快速进步,网络技术已经进行了升级,并增加了新的天文台。我们希望未来的EHT观测能够更准确地揭示黑洞周围的磁场结构,并向我们提供更多有关热物理学的信息。”中华民国中央研究院天文与天体物理研究所的朴钟浩在上述声明中总结道。这项新工作在《天体物理学期刊快报》的两篇论文中进行了描述,另一个后续研究也发表在《天体物理学期刊快报》上。

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