天文學家揭示了銀河係中心黑洞邊緣螺旋狀的強磁場

事件視界望遠鏡（EHT）的合作於2022年發布了我們銀河係黑洞的第一張圖像，它捕捉到了銀河係中心大質量物體的新視圖：它在偏振光中的樣子。這是天文學家第一次能夠測量偏振，這是磁場的一個特征，在人馬座a*的邊緣附近。這張圖片展示了銀河係黑洞的偏振視圖。這些線標記了極化的方向，這與黑洞陰影周圍的磁場有關。來源：uux.cn/EHT協作
（神秘的地球uux.cn）據哈佛史密森天體物理中心（Amy C.Oliver）：事件視界望遠鏡（EHT）合作的一張新圖像——包括哈佛和史密森天體物理中心（CfA）的科學家——揭示了超大質量黑洞人馬座A*（Sgr A*）邊緣螺旋產生的強大而有組織的磁場。
這是首次在偏振光中看到的潛伏在銀河係中心的怪物的新視圖，揭示了一個與M87星係中心黑洞驚人相似的磁場結構，這表明強磁場可能是所有黑洞共同的。這種相似性也暗示了Sgr a*中隱藏的噴氣式飛機。
研究結果發表在《天體物理雜誌快報》上。
科學家們在2022年公布了距離地球約2.7萬光年的Sgr A*的第一張圖像，揭示了盡管銀河係的超大質量黑洞比M87的小一千多倍，質量也比M87小一千多倍，但它看起來非常相似。
這讓科學家們懷疑，除了長相之外，這兩個人是否有共同的特點。為了找到答案，研究小組決定在偏振光中研究Sgr A*。先前對M87*周圍光線的研究表明，這顆黑洞巨星周圍的磁場使其能夠向周圍環境發射強大的物質噴流。在這項工作的基礎上，新的圖像顯示，Sgr A*可能也是如此。
“我們現在看到的是，在銀河係中心的黑洞附近有強大、扭曲和有組織的磁場，”CfA NASA哈勃研究金項目愛因斯坦研究員、史密森天體物理天文台天體物理學家、該項目的聯合負責人Sara Issaoun說。
“Sgr A*具有與更大、更強大的M87*黑洞驚人相似的極化結構，我們已經了解到，強大有序的磁場對黑洞如何與周圍的氣體和物質相互作用至關重要。”

在左邊，銀河係中心的超大質量黑洞人馬座A*在偏振光中可見，可見線表示偏振的方向，這與黑洞陰影周圍的磁場有關。在中心，SOFIA捕捉到的來自銀河係中心的偏振發射。在右後方，普朗克合作組織繪製了銀河係塵埃的偏振發射圖。來源：uux.cn/S.Issaoun，EHT Collaboration
光是一種振蕩或移動的電磁波，使我們能夠看到物體。有時，光會以一個首選的方向振蕩，我們稱之為“偏振光”。盡管偏振光圍繞著我們，但在人眼看來，它與“正常”光是無法區分的。
在這些黑洞周圍的等離子體中，圍繞磁力線旋轉的粒子產生垂直於場的偏振模式。這使天文學家能夠越來越生動地看到黑洞區域發生的事情，並繪製出它們的磁力線。
哈佛大學黑洞倡議研究員兼項目聯合負責人Angelo Ricarte表示：“通過對黑洞附近熱發光氣體的偏振光進行成像，我們可以直接推斷出穿過黑洞賴以生存和噴出的氣體和物質流的磁場的結構和強度。”。“偏振光教會了我們更多關於天體物理學、氣體的性質以及黑洞進食時發生的機製的知識。”
但是，在偏振光中成像黑洞並不像戴上一副偏振太陽鏡那麽容易，尤其是Sgr a*，它的變化如此之快，以至於無法靜止不動拍照。對超大質量黑洞進行成像需要複雜的工具，而不是以前用來捕捉M87*的工具，M87*是一個更穩定的目標。
CfA博士後、SAO天體物理學家Paul Tiede說：“我們能夠拍攝到Sgr a*的偏振圖像，這真是令人興奮。第一張圖像花了數月的時間進行了廣泛分析，以了解其動力學性質並揭示其平均結構。”
“製作偏振圖像增加了黑洞周圍磁場動力學的挑戰。我們的模型經常預測高度湍流的磁場，這使得構建偏振圖像變得極其困難。幸運的是，我們的黑洞平靜得多，使第一張圖像成為可能。”
科學家們很高興能在偏振光中獲得這兩個超大質量黑洞的圖像，因為這些圖像及其附帶的數據為比較和對比不同大小和質量的黑洞提供了新的方法。隨著技術的進步，這些圖像可能會揭示更多黑洞的秘密及其異同。

從偏振光中可以看到，這張超大質量黑洞M87*和人馬座A*的並排圖像向科學家表明，這些野獸具有相似的磁場結構。這一點意義重大，因為它表明，控製黑洞如何饋送和發射噴流的物理過程可能是超大質量黑洞的普遍特征。來源：uux.cn/EHT協作
伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校的博士後研究員Michi Bauböck說：“M87*和Sgr A*在幾個重要方麵不同：M87*要大得多，它以更快的速度從周圍環境中吸入物質。所以，我們可能預計磁場看起來也很不一樣。但在這種情況下，它們非常相似，這可能意味著這種結構對所有黑洞來說都是常見的。”
“更好地了解黑洞附近的磁場有助於我們回答幾個懸而未決的問題——從噴流是如何形成和發射的，到我們在紅外和X射線光中看到的明亮耀斑的能量。”
EHT自2017年以來進行了多次觀測，計劃於2024年4月再次觀測Sgr A*。每年，隨著EHT結合了新的望遠鏡、更大的帶寬和新的觀測頻率，圖像都會得到改善。未來十年的計劃擴展將使Sgr A*的高保真電影成為可能，可能揭示隱藏的噴流，並使天文學家能夠在其他黑洞中觀察到類似的偏振特征。同時，將EHT擴展到太空將提供比以往任何時候都更清晰的黑洞圖像。
CfA正在領導幾項重大舉措，以在未來十年大幅提高EHT。下一代EHT（ngEHT）項目正在對EHT進行變革性升級，旨在將多個新的無線電波碟形天線上線，實現同時多色觀測，並提高陣列的整體靈敏度。
ngEHT的擴展將使該陣列能夠在事件視界尺度上拍攝超大質量黑洞的實時電影。這些電影將解決事件視界附近的詳細結構和動力學問題，使人們關注廣義相對論預測的“強場”引力特征，以及吸積和相對論噴流發射的相互作用，從而塑造宇宙中的大規模結構。
與此同時，黑洞探測器（BHEX）的任務概念將把EHT擴展到太空，產生天文學史上最清晰的圖像。BHEX將能夠探測和成像“光子環”——一種由黑洞周圍的強透鏡發射形成的尖銳環特征。
黑洞的性質印在光子環的大小和形狀上，揭示了數十個黑洞的質量和自旋，進而顯示了這些奇怪的物體是如何生長並與其宿主星係相互作用的。

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