去年的一次全球聯(lián)合科學(xué)研究活動創(chuàng)造了歷史——第一張黑洞圖像初次面世。如今，我們又更進一步地拍攝到了特大質(zhì)量黑洞噴流的圖像。

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錢德拉X射線天文臺 M87星系核特寫 （NASA/CXC/維拉諾瓦大學(xué)/J·尼爾森）

圖源：sciencealert

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特大質(zhì)量黑洞的圖像（EHT合作組織） 圖源：eso

這個特大質(zhì)量黑洞位于一顆光學(xué)劇變類星體3C 279的中心，距離地球大約50億光年。類星體是已知最亮的宇宙天體之一，在星系的核心位置存有龐大的黑洞。而在吸積盤內(nèi)側(cè)靠近黑洞視界的地方，隨著氣體掉入黑洞會放出巨大的能量輻射。

最新發(fā)表的研究成果實際源于事件視界望遠鏡（EHT）合作組織在2017年4月進行的一次開創(chuàng)性的黑洞觀測行動。3C 279就是那次觀測的四個二級目標對象之一。今年，我們終于獲得了激動人心的成果。

我們知道，當(dāng)物質(zhì)被吸入特大質(zhì)量黑洞時，物質(zhì)周圍的氣體和塵埃會加速至臨近光速。由此，黑洞產(chǎn)生了相對論性噴流，這種噴流的粒子擁有已知宇宙中的最快速度。

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半人馬射電源A 星系噴流和射電瓣延伸至中心區(qū)域外的圖片（圖源：nustar）

來自: NASA/CXC/CfA/R.Kraft et al./MPIfR/ESO/WFI/APEX/A.Weiss et al.

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M87*的藝術(shù)圖像，展示了相對論性噴流以及周圍的超熱物質(zhì)（歐南臺/M. Kornmesser）

圖源：sciencealert

這是EHT團隊極盡詳細分析研究的噴流之一，科學(xué)家們循著它的軌跡一直追蹤到了黑洞3C 279的吸積盤。從圖片看上去可能有些模糊，但在實際數(shù)據(jù)中蘊藏著大量信息。

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3C 279黑洞噴流

首先一點，研究團隊揭示了一個驚人的發(fā)現(xiàn)：雖然理論上黑洞噴流的形狀應(yīng)該是筆直的，但數(shù)據(jù)顯示在噴射流的基點可能存在彎曲形態(tài)，同時還伴有一個垂直于噴流方向的細長結(jié)構(gòu)。

“這種形態(tài)可以解釋為一種顯著分辨率的噴射基點，或是噴射入空間的弧狀噴流?！笔录暯缤h鏡組織在他們的報告中如是寫道。這份報告共同署名的作者達351名之多。

而且由于觀測持續(xù)了好幾天，研究人員還發(fā)現(xiàn)了一些細微變化。此前研究員曾做過吸積盤的旋轉(zhuǎn)模型和物質(zhì)掉入黑洞被分解的模擬，但從沒有直接觀測到過，而這些細微變化很可能就是證實預(yù)測模型的確鑿證據(jù)。

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J.Y.Kim(馬克斯·普朗克射電天文研究所)/波士頓大學(xué)耀變體小組(甚長基線陣列和全球毫米波甚長基線干涉陣列)/事件視界望遠鏡合作組織

3C 279被EHT團隊選為研究對象之一并不令人意外。去年被我們榮幸發(fā)現(xiàn)了特大質(zhì)量黑洞的M87星系，實際上是一個相對微弱的伽馬射線發(fā)射源。

而諸如3C 279這樣具有強能量的活動星系核，往往擁有更大的光度距離，這意味著它們在夜空中更難被分辨出來。不過，3C 279是我們所觀察到的最亮的伽馬射線源之一，并且它還是一種耀變體，也就是說在朝著地球的方向上具有高能量、高變性的噴流。

2017年4月的四個晚上，研究團隊都將事件視界望遠鏡對準了3C 279，從位于六個不同地理位置的八個站點收集數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)都必須被仔細傳輸?shù)今R克斯·普朗克射電天文研究所（MPIfR）以及麻省理工學(xué)院（MTI）的超級電腦，進行大規(guī)模分析。

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部分EHT望遠鏡的位置以及它們之間的長基線。 （歐南臺/L.Calcada） 圖源：sciencealert

加拿大周界研究所的天體物理學(xué)家艾弗里·布羅德里克說：“就拿3C 279來說，EHT將轉(zhuǎn)換分辨率與新型計算工具相結(jié)合來進行數(shù)據(jù)分析的方式被證實是極具啟發(fā)性的?！?/span>

“過去那個單一射電‘核’，現(xiàn)在已經(jīng)分解成兩個獨立復(fù)合體。哪怕小如光月，這些復(fù)合體也在移動。而3C 279的噴流正在以不亞于99.5％光速的速度朝地球而來！”

這些在黑洞研究上都是非凡的發(fā)現(xiàn)——長久地依賴模擬和低分辨率觀測后，對于這些神秘天體的運作原理以及所能觀測的噴流的真實動力來源，我們?nèi)匀凰跎佟?/span>

研究報告中總結(jié)到：“更多關(guān)于源特性的細節(jié)，例如磁場結(jié)構(gòu)和復(fù)雜的噴流能量平衡，我們會在后續(xù)研究中跟進。”

當(dāng)世界終于得以窺見M87*一角時，天文學(xué)家們拿著他們新獲得的儀器才剛剛邁上新征程。

不幸的是，由于新冠病毒的蔓延，原定于今年3、4月進行的最新EHT觀測被取消。不過觀測團隊早在2017年和2018年收集了大量的數(shù)據(jù)，從這些數(shù)據(jù)里應(yīng)該會有更多信息可以研究。

“去年我們發(fā)布了黑洞陰影的首張圖像，”MPIfR負責(zé)人兼EHT協(xié)作組織主席安東·澤森斯說道，“今年我們又發(fā)現(xiàn)了3C 279噴流形狀出人意料的變化，但尚未止步于此。正如我們?nèi)ツ晁f，一切都才剛剛開始?！?/span>

結(jié)果已經(jīng)發(fā)表在出版的《天文學(xué)與天體物理學(xué)》上。

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作者: SIGNE DEAN

FY: X.Flotsam

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