太陽(yáng)鏡下的黑洞，別有洞天

加注在人類第一張黑洞照片上的偏振信息

圖解：繼2019年第一張黑洞照片發(fā)布后，天文學(xué)家們重制了該黑洞的偏振光圖像。

當(dāng)年，有史以來(lái)黑洞照片的第一次發(fā)布曾震動(dòng)了全世界?，F(xiàn)在，天文學(xué)家們又一次發(fā)布了黑洞的照片，而這次還獲得了黑洞周圍磁場(chǎng)的部分信息，使得人們對(duì)于這種超大質(zhì)量天體有了新方面的認(rèn)識(shí)。

2019年，事件視界望遠(yuǎn)鏡（the Event Horizon Telescope，縮寫為EHT）組織拍攝了第一張黑洞照片。該黑洞位于M87星系中心，距離地球約5500萬(wàn)光年。照片的內(nèi)容是一個(gè)中心較暗的亮環(huán)，這個(gè)較暗的中心就是黑洞所在的區(qū)域。在拍攝這張照片時(shí)，天文學(xué)家注意到黑洞周圍有大量的偏振光?，F(xiàn)在，黑洞的偏振光照片也被拍攝出來(lái)了，它展現(xiàn)了黑洞的另一個(gè)樣子。

偏振光是一種具有方向性的光，它和自然光在亮度規(guī)律上存在差異。自然光在穿過(guò)太陽(yáng)鏡后會(huì)成為偏振光。類似地，在高溫強(qiáng)磁場(chǎng)環(huán)境下粒子產(chǎn)生的同步輻射光也存在偏振現(xiàn)象。

因?yàn)楣獾钠窈痛艌?chǎng)息息相關(guān)，所以這張偏振光的照片清楚地表明，黑洞周圍亮環(huán)所在的區(qū)域是充滿磁場(chǎng)的。EHT偏振工作組成員、荷蘭拉德堡德大學(xué)助理教授莫妮卡·莫西布羅德斯卡（Monika Moscibrodzka）告訴我們：“這說(shuō)明，亮環(huán)區(qū)域所發(fā)出的光肯定和事件視界附近的磁場(chǎng)脫不開干系?！?/p>

這是天文學(xué)家第一次測(cè)量到如此靠近黑洞邊緣的區(qū)域所發(fā)出的偏振光。這張黑洞的新照片非常壯觀，不僅如此，它還向我們提供了一些關(guān)于M87黑洞所發(fā)射的強(qiáng)射電噴流的新信息。

“在首次發(fā)布的照片中，我們只刻畫了光的強(qiáng)度，” 莫西布羅德斯卡談到2019年發(fā)布的那張照片時(shí)說(shuō)，“現(xiàn)在，我們把偏振的信息也添加上去了?！?/p>

科羅拉多大學(xué)博爾德分校助理教授、EHT理論工作組成員杰森·德克斯特（Jason Dexter）在一封電子郵件中寫道：“新發(fā)布的這張帶有偏振信息的照片，標(biāo)志著人們已經(jīng)朝著更多地了解黑洞附近氣體，進(jìn)而了解黑洞如何生長(zhǎng)、如何產(chǎn)生射電噴流邁出了重要一步?！薄?/p>

為了拍攝黑洞的照片，該項(xiàng)目使用了來(lái)自世界各地的八臺(tái)望遠(yuǎn)鏡（即EHT），將它們的力量結(jié)合起來(lái)，就像建造了一個(gè)地球大小的望遠(yuǎn)鏡一樣。

“EHT的射電望遠(yuǎn)鏡有接收器，可以用記錄宇宙中的偏振光信號(hào)，”西班牙瓦倫西亞大學(xué)EHT偏振測(cè)量工作組成員、GenT特聘研究員伊萬(wàn)·馬蒂·維達(dá)爾（Ivan Marti Vidal）稱，“這些偏振光接收器的工作方式與人們使用的偏光太陽(yáng)鏡類似?！?/p>

通過(guò)M87星系中黑洞的偏振光照片，研究小組更好地觀測(cè)了黑洞的事件視界。事件視界也被稱為“不歸點(diǎn)”，因?yàn)樵谑录澜鐑?nèi)部，任何物質(zhì)都不可能逃出黑洞了。該照片還能幫助研究小組更好地研究吸積盤中物質(zhì)的相互作用。吸積盤是一個(gè)繞轉(zhuǎn)在黑洞周圍的由熱氣和彌散在空間中的其他物質(zhì)組成的圓盤，其中的物質(zhì)不停地向黑洞視界內(nèi)部掉落。

這張偏振光照片以及該團(tuán)隊(duì)的努力，進(jìn)一步加深了科學(xué)家對(duì)黑洞附近磁場(chǎng)的理解。畢竟，M78星系中心的黑洞是怎么把比整個(gè)M78星系還要龐大的射電噴流噴發(fā)出來(lái)的，這仍然是一個(gè)謎。

“天文學(xué)家長(zhǎng)期以來(lái)一直認(rèn)為黑洞附近的熱氣激發(fā)的磁場(chǎng)在讓吸積盤中的物質(zhì)掉入黑洞并向周圍發(fā)射相對(duì)論性高能粒子噴流方面發(fā)揮著重要作用。而我們看到的偏振光照片告訴我們，在M87星系黑洞的噴流處的磁場(chǎng)，在結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度上都相當(dāng)接近于天文學(xué)家們一直所認(rèn)為的。”德克斯特說(shuō)。

圖解：M87星系中黑洞噴流的偏振光照片，表征了噴流方向上的磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)。

況且，觀測(cè)結(jié)果不僅僅表征了M87星系中黑洞邊緣的磁場(chǎng)，還表明那里的熱氣是強(qiáng)烈磁化的。

德克斯特補(bǔ)充道：“我們不僅像預(yù)期的那樣觀測(cè)到了黑洞附近的磁場(chǎng)，更主要的發(fā)現(xiàn)是，這個(gè)磁場(chǎng)應(yīng)是相當(dāng)強(qiáng)的。我們的研究結(jié)果表明，磁場(chǎng)會(huì)影響黑洞周圍氣體的運(yùn)動(dòng)，使其更難掉入黑洞。這個(gè)結(jié)果為研究黑洞如何吞噬物質(zhì)而變大的課題提供了一條有趣的線索?！?/p>

馬蒂·維達(dá)爾說(shuō)：“我們?nèi)匀徊幻鞔_黑洞產(chǎn)生噴流的所有細(xì)節(jié)，但我們知道磁場(chǎng)可能發(fā)揮著關(guān)鍵作用?！痹搱F(tuán)隊(duì)稱，未來(lái)打算繼續(xù)研究M87星系的黑洞，且不僅要以偏振光的視角觀測(cè)它，還要“以不同的觀測(cè)波長(zhǎng)對(duì)其成像，來(lái)制作黑洞及其周圍區(qū)域的更完整的照片，并更精細(xì)地探查黑洞周圍的磁場(chǎng)數(shù)據(jù)”。

這項(xiàng)研究有EHT的來(lái)自世界各地組織的300多名研究人員參與，其具體內(nèi)容已于2021年3月24日發(fā)表在《天體物理學(xué)雜志通訊》（The Astrophysical Journal Letters）的兩篇論文[1]中。

BY: Chelsea Gohd

FY: 浪漫主義學(xué)派

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