M87星系中的巨型黑洞正在以接近光速的速度往外噴射物質(zhì)

2021年11月4日發(fā)表的一項(xiàng)新研究中，創(chuàng)建了一個(gè)新的關(guān)于M87星系黑洞的計(jì)算機(jī)模型。新的計(jì)算機(jī)模型顯示，第一個(gè)（同時(shí)也是唯一一個(gè)）被人類拍攝到照片的黑洞正在往外噴射巨大的等離子體流，其速度接近光速。

這個(gè)黑洞距離地球5500萬光年，其處于處女座（Virgo constellation ）的Messier 87星系，簡(jiǎn)稱為M87。其核心有一個(gè)質(zhì)量為太陽65億倍的黑洞。2019年，一個(gè)名為“Event Horizon Telescope”的國(guó)籍研究合作機(jī)構(gòu)對(duì)該黑洞進(jìn)行了成像，這也是有史以來第一張圖像。

M87中的黑洞以接近光速的速度往外噴射相對(duì)論射流，即等離子體射流。在新的研究中，一個(gè)國(guó)際研究小組通過用計(jì)算機(jī)對(duì)黑洞及其噴射的射流進(jìn)行了非常詳細(xì)地建模，由此收集到了關(guān)于黑洞及其射流新的見解。

該團(tuán)隊(duì)使用三維超級(jí)計(jì)算機(jī)模擬來模擬M87黑洞及其吸積盤的區(qū)域——由氣體、等離子體和各種粒子組成的盤，圍繞著黑洞并為其提供能量。該團(tuán)隊(duì)將基于現(xiàn)有觀測(cè)結(jié)果可能存在于這個(gè)黑洞的溫度、物質(zhì)密度和磁場(chǎng)都納入了考慮范圍。

這幫助了研究人員創(chuàng)建了一個(gè)關(guān)于黑洞區(qū)域的計(jì)算機(jī)模型，他們使用這個(gè)模型來跟蹤和研究黑洞射流中的光子和光粒子的運(yùn)動(dòng)。之后，他們將這些計(jì)算機(jī)模型中的管子跟蹤數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成無線電圖像，然后與真實(shí)世界中的觀測(cè)結(jié)果進(jìn)行比較。

他們發(fā)現(xiàn)，他們的計(jì)算機(jī)模型中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)與真實(shí)世界中的數(shù)據(jù)非常吻合，這也給了他們自信，關(guān)于他們的計(jì)算機(jī)模型可以對(duì)黑洞區(qū)域進(jìn)行相當(dāng)準(zhǔn)確的描述。

該研究的主要作者、歌德大學(xué)理論物理研究所的Alejandro Cruz-Osorio在一份聲明中說：“我們關(guān)于M87的電磁輻射和噴射形態(tài)的理論模型和無線電、光學(xué)和紅外光譜的觀測(cè)結(jié)果驚人的吻合?！?/p>

現(xiàn)在，雖然研究人員已經(jīng)能夠研究和觀測(cè)M87中的黑洞（得益于2019的圖像），但仍有許多問題等待解答，比如如此強(qiáng)大的相對(duì)論射流是如何產(chǎn)生的，以及它如何保持穩(wěn)定，如何在太空中噴射出很遠(yuǎn)的距離。

據(jù)Cruz-Osorio說，從他們的計(jì)算機(jī)模型中收集到的關(guān)于黑洞噴流的數(shù)據(jù)展示了噴流可能是如何工作的。他說：“模型顯示，超大質(zhì)量黑洞M87可能是高速旋轉(zhuǎn)著的，等離子體在噴流中唄強(qiáng)烈磁化，將粒子加速噴射到數(shù)年光年的范圍內(nèi)?！?/p>

歌德大學(xué)理論物理研究所的研究員，同時(shí)也是共同作者Luciano Rezzolla補(bǔ)充說：“除了推進(jìn)我們對(duì)于M87星系黑洞的理解之外，該團(tuán)隊(duì)計(jì)算機(jī)模擬的圖像與愛因斯坦的廣義相對(duì)論的預(yù)測(cè)是一致的。”

Rezzolla說：“我們模擬的圖像與天文觀測(cè)結(jié)果與此接近確認(rèn)了另一件事，即愛伊斯坦的廣義相對(duì)論是對(duì)星系中心存在超大質(zhì)量黑洞的最精確和自然的解釋。盡管還有其他理論可能替代廣義相對(duì)論的空間，但我們的研究使得該空間進(jìn)一步縮小了很多?！?/p>

相關(guān)知識(shí)

室女A星系，又稱梅西耶87，簡(jiǎn)稱M87，一名NGC 4486，是室女座的巨型橢圓星系，也是銀河系附近質(zhì)量最大的星系之一。此星系擁有幾項(xiàng)受矚目的特性，第一，其球狀星團(tuán)數(shù)量特別多──M87星系里共含12,000個(gè)球狀星團(tuán)，參考之下，環(huán)繞銀河系的球狀星團(tuán)數(shù)量為150-200個(gè)。

哈勃望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)到的M87噴流現(xiàn)象。

黑洞是時(shí)空展現(xiàn)出極端強(qiáng)大的引力，以致于所有粒子、甚至光這樣的電磁輻射都不能逃逸的區(qū)域。廣義相對(duì)論預(yù)測(cè)，足夠緊密的質(zhì)量可以扭曲時(shí)空，形成黑洞；不可能從該區(qū)域逃離的邊界稱為事件視界。雖然，事件視界對(duì)穿越它的物體的命運(yùn)和情況有巨大影響，但對(duì)該地區(qū)的觀測(cè)似乎未能探測(cè)到任何特征。在許多方面，黑洞就像一個(gè)理想的黑體，它不反光。

BY: Chelsea Gohd published

FY: balancehorse

如有相關(guān)內(nèi)容侵權(quán)，請(qǐng)?jiān)谧髌钒l(fā)布后聯(lián)系作者刪除

轉(zhuǎn)載還請(qǐng)取得授權(quán)，并注意保持完整性和注明出處