簡要：M87*是M87星系中心的超大質(zhì)量黑洞，它以近乎光線的速度發(fā)射物質(zhì)噴氣流。黑洞吸引物質(zhì)，其中一些物質(zhì)被噴射返回到宇宙空間。這些被噴射的物質(zhì)以噴射流或光束的形式沿著磁場線運(yùn)動，由此產(chǎn)生噴射流。X射線數(shù)據(jù)顯示有兩結(jié)噴射流分別擁有6.3和2.4倍于光線的速度，而超光速運(yùn)動可以解釋這一“違背物理規(guī)律”的速度。

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家喻戶曉的黑洞正在M87星系的核心地帶噴發(fā)出以接近光速速度傳播著的物質(zhì)射流。

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這是一位藝術(shù)家對極大質(zhì)量黑洞噴流的構(gòu)想概念——美國國家航空航天局(NASA)/達(dá)納.貝里/SkyWorks數(shù)碼

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天文學(xué)家已經(jīng)觀察其很長時間了，而這個頗受關(guān)注的位于梅西葉87星系中心的黑洞也就以M87*命名了。

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就在去年，事件視界望遠(yuǎn)鏡捕捉到了M87*的圖像，這也是有史以來第一個黑洞圖像。而該圖像僅是增加了M87*的聲望，但這也僅是一個開端。

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(圖像為與事件視界望遠(yuǎn)鏡合作集）

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M87,是室女座中的超大橢圓星系，也被成為室女座A或NGC 4486，距離我們約5300萬光年。而它長度跨越大約240,000光年，比銀河系還略長一丟丟。

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與銀河系微不足道的200個相比，它周圍環(huán)繞著令人難以置信的12,000個球狀星團(tuán)。這使科學(xué)家們認(rèn)為，與其他橢圓星體一樣，M87也是通過合并而變得如此龐大。

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M87*(M87星)是M87中心的一個與所有SMBH中質(zhì)量最高之一的超大質(zhì)量黑洞(SMBH)。它比太陽大65億倍。M87*星距離我們有5500萬光年，它能噴射出具有相對論性質(zhì)的物質(zhì)射流并將其延伸到太空中約5,000光年的地方。

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幾年前，哈勃望遠(yuǎn)鏡在可見光和紅外光下都捕獲到了其噴射氣流的著名合成圖像。

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(圖源自美國國家航空航天局NASA / 哈勃精選計劃團(tuán)隊 / 空間望遠(yuǎn)鏡研究所 / 大學(xué)天文研究協(xié)會）

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多年來，天文學(xué)家一直在觀察不同波長的M87*的射流材料：無線電，光學(xué)還有X射線?，F(xiàn)在，也是有史以來第一次，錢德拉X射線觀測顯示出該射流的各個部分以大于光速99％的速度運(yùn)動。

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1988年的M87在無線電和光學(xué)上的較早圖像。用甚大陣列射電望遠(yuǎn)鏡和甚長基線陣列捕獲了電圖像，圖像可見于哈勃望遠(yuǎn)鏡。來源—美國國家航空航天局，國家無線電天文臺 / 國家科學(xué)基金會，約翰·比雷塔(空間望遠(yuǎn)鏡研究所 / 約翰霍普金斯大學(xué)天文單位）和相關(guān)大學(xué)公司–

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天體物理學(xué)中心的拉爾夫·卡夫特｜哈佛&史密森尼(CfA)在新聞稿中表示：“這是首次使用X射線數(shù)據(jù)記錄黑洞噴流產(chǎn)生的極端速度。” 并稱，“我們需要錢德拉清晰的X射線視野來進(jìn)行這些測量。”

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卡夫最近在夏威夷檀香山舉行的美國天文學(xué)會會議上介紹了這些新結(jié)果。該結(jié)果還發(fā)表在《天體物理學(xué)雜志》上，一篇題為“ M87的X射線射流中的超光速運(yùn)動的檢測”的論文中。

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是什么原因造成了噴射氣流？

諸如M87*之類的黑洞在會星系中心向其吸引物質(zhì)。而隨著這種物質(zhì)材料的接近，它就會開始圍繞著一種稱之為吸積盤[1]的結(jié)構(gòu)中的黑洞旋轉(zhuǎn)。但神奇的是，這種物質(zhì)材料注定不會被吸入。

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它只會有一小部分掉進(jìn)去，而有些部分卻會被倒回太空。而這些被驅(qū)逐的物質(zhì)則會遵循磁場線呈射流或射束的形式。這些噴射氣流并非光滑且沒有特征：它們具有像錢德拉這樣的天文臺可以觀察到的呈團(tuán)塊或結(jié)。

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而這些結(jié)中的其中兩個尤其對于天文學(xué)家來說特別有趣。多年來，他們一直使用圖像來跟蹤這些結(jié)塊的運(yùn)動。它們分別距離SMBH約900光年和2500光年。

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錢德拉觀測天文臺的X射線數(shù)據(jù)顯示，這些結(jié)點以令人難以置信的速度行進(jìn)：最靠近中心的結(jié)點是6.3倍光速移動著，而另一個結(jié)點的則以2.4倍光速的速度移動著。

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等一下，但請別忘了，沒有什么比光速行進(jìn)得更快。

當(dāng)然，這也是對的，因此這里肯定還有什么其他的因素。

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而那個“其他的因素“又簡單地稱為“超光速運(yùn)動”。

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該研究的合著者，也是CfA的布拉德·斯尼奧斯說：“物理中不可磨滅的定律之一，就是沒有什么運(yùn)動能比光速快?！钡址Q， “我們還沒有破壞物理學(xué)，但是我們發(fā)現(xiàn)了一個叫做超光速運(yùn)動的驚人現(xiàn)象的例子。”

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超光速運(yùn)動涉及物體的速度及其相對于我們視線的路徑。當(dāng)一個物體(在這種情況下為射流物質(zhì))以接近光速和接近我們的視線的速度運(yùn)動時，會產(chǎn)生一種稱為超光速運(yùn)動的錯覺。

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而這是因為射流物質(zhì)本身的傳播速度幾乎與產(chǎn)生的光速相同。又由于M87*的噴射氣流幾乎對準(zhǔn)我們，因此產(chǎn)生了這些明顯就不可能的速度。

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(美國航空航天局NASA /維基百科)

天文學(xué)家們曾經(jīng)見過這些噴射氣流以這樣的速度運(yùn)動，但卻從來沒有在X射線下呈現(xiàn)過。這意味著他們從未確定這是團(tuán)塊物質(zhì)本身以速度為光速的99％移動。所有這也可能是沖擊波而不是團(tuán)。

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來自M87*的噴射氣流以螺旋形圍繞磁場運(yùn)動，這有助于闡明射流的速度。在X射線的觀察中，研究背后的團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)觀察速度最高的功能(光速的6.3倍)在2012年至2017年之間衰減了70％以上。

這種衰落僅發(fā)生在X射線中，而不發(fā)生在光學(xué)和紫外線中，并且可能是由于粒子在磁場中旋轉(zhuǎn)時隨時間流逝失去了能量而引起的。

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這種現(xiàn)象稱為同步加速器冷卻。這意味著天文學(xué)家在不同時間看到相同粒子的X射線，也就是他們所觀察到的不能是波浪，而必須是噴射氣流本身。

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SNIOS說：“我們的工作提供了最有力的證據(jù)，表明M87*噴射氣流中的粒子實際上以接近宇宙速度極限的速度行進(jìn)。”

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錢德拉，時間世界望遠(yuǎn)鏡和M87*

研究M87*時，錢德拉數(shù)據(jù)和事件視界望遠(yuǎn)鏡很好地相互互補(bǔ)了。當(dāng)事件視界望遠(yuǎn)鏡將事件視界環(huán)，成像在黑洞周圍時，它其實是一個六天的快照。

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但是錢德拉對射流的研究著眼于數(shù)百年前甚至數(shù)千年前從M87*噴出的物質(zhì)。

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事件視界望遠(yuǎn)鏡圖像也比錢德拉成像的噴射氣流小約1億倍。

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CfA的另一位合著者保羅·努爾森說：“就像事件視界望遠(yuǎn)鏡正在提供火箭發(fā)射器的特寫鏡頭一樣，錢德拉也在向我們展示正在飛行的火箭。”

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[1] 吸積盤是一種由繞大塊中心體繞軌道運(yùn)動的擴(kuò)散物質(zhì)形成的結(jié)構(gòu)(通常是星盤)。中央主體通常是恒星。摩擦?xí)?dǎo)致磁盤中的軌道物質(zhì)向內(nèi)向中心旋轉(zhuǎn)。重力和摩擦力會壓縮并升高物質(zhì)的溫度，從而導(dǎo)致電磁輻射的發(fā)射。而輻射的頻率范圍取決于中心物體的質(zhì)量。

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作者: sciencealert

FY: 兒店小二

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