1270
需用时 02:32
地球那么大的望远镜看清了黑洞的磁场

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

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。”

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。”

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。)

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。

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

The End

发布于2015-12-04, 本文版权属于果壳网(guokr.com),禁止转载。如有需要,请联系果壳

举报这篇文章

艾麦乐

果壳作者

pic