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这次会动!黑洞“电影”来了

2020-09-25 中国科学报 文乐乐
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由观测数据和数学模型构建的一系列图像显示了M87星系中心黑洞从2009年到2017年的演化过程。图片来源:EHT

  据《自然》报道,去年揭开黑洞面纱的第一张历史性图像现在已经成了“电影”。一连串的短帧画面显示了黑洞周围环境是如何随着引力发生变化,将其周围物质搅成漩涡的。

  这些画面显示了一个不平衡的光团围绕M87星系中心的超大质量黑洞旋转。为获得这些画面,事件视界望远镜合作组织(EHT)利用观测网络挖掘了黑洞的旧数据,并将这些数据与基于第一张黑洞图像的数学模型相结合,展示了8年来黑洞周围环境是如何演变的。这项研究9月23日发表于《天体物理学杂志》。

  “落在黑洞上的物质流‘汹涌’,我们可以看到光团随着时间的推移而晃动。”美国哈佛大学射电天文学家、论文第一作者Maciek Wielgus说,“再过几年,它可能真的看起来像一部电影。”

  EHT2019年4月公布的图片揭示了室女座星系团中超大质量星系M87中心的黑洞M87*,它距离地球5500万光年。尽管有些模糊,但这张图像揭示了一个环状结构及其中心的暗弱区域(即黑洞阴影),使爱因斯坦的广义相对论得到了首次实验验证。

  图片显示,光环的一边似乎比另一边更亮。落入空隙的物质在黑洞赤道外高速旋转,形成天体物理学家所说的吸积盘。在一定程度上,这种不平衡的光环与多普勒效应有关:在朝向观察者旋转的一侧,物质的运动增强了辐射,使其看起来更亮;相反的情况发生在另一侧。

  在上述结果基础上,Wielgus想回顾EHT望远镜的旧数据,看能否以2019年的照片为指导重新解释它们。较早的数据包括2009年、2011年、2012年和2013年收集到的,其中两批数据尚未公布。

  Wielgus和其他EHT研究人员重新分析了这些数据,发现与2019年的结果一致,包括一个暗盘和一个亮环的存在。尽管2009年至2013年的数据没有足够的分辨率来生成图像,但通过将有限的可用数据与基于2017年数据建立的黑洞数学模型相结合,该团队能够生成每一年的合成图像。

  这些结果包含的信息比Wielgus预期的还要多。和2019年的照片一样,他们发现光环的一边比另一边更亮,而且亮点在移动。

  尽管M87*黑洞本身不会逐年发生变化,但其周围环境会发生变化。在几周的尺度上,强磁场会搅动吸积盘并产生更热的斑点,然后绕黑洞运行。

  2018年,另一个研究小组报告称,有证据表明,有一团热气围绕着银河系中心的黑洞人马座A*旋转了约1小时。因为M87*的质量是太阳的65亿倍,是人马座A*的1000倍,所以M87*周围的动力学需要更长的时间才能揭示。

  EHT计划在每年3月底或4月初观测M87*和人马座A*。该团队希望明年能首次使用短波长辐射进行全球观测。虽然穿越地球大气层更具挑战性,但这将提高EHT图像的分辨率。

  相关论文信息:

  https://doi.org/10.3847/1538-4357/abac0d

打印 责任编辑:侯茜
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