震撼離奇：人類首次拍攝的黑洞發(fā)生驚人反轉(zhuǎn)

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作者：Robert Lea

翻譯：馬藝朔

校對(duì)：王忠偉

美工：邱和琴

后臺(tái)：朱宸宇

https://www.space.com/astronomy/black-holes/totally-unexpected-stunning-new-imagery-shows-big-changes-in-the-1st-black-hole-ever-captured-by-humanity-photo-video

事件視界望遠(yuǎn)鏡拍攝的M87星系中心超大質(zhì)量黑洞圖像，從中能夠看出其磁場(chǎng)偏振方向隨時(shí)間的變化。（圖源：EHT合作組織）

事件視界望遠(yuǎn)鏡（EHT）最新發(fā)布了M87星系中心超大質(zhì)量黑洞的震撼圖像。2019年4月，EHT因發(fā)布人類首張黑洞照片而讓超大質(zhì)量黑洞M87*變得舉世聞名。

這些距離地球約5500萬(wàn)光年的M87*圖像顯示，黑洞周圍磁場(chǎng)的偏振方向在四年間發(fā)生了反轉(zhuǎn)。新觀測(cè)還捕捉到了黑洞附近出現(xiàn)物質(zhì)噴流的明顯跡象，其基部與黑洞外邊界（即“事件視界”）周圍明亮的環(huán)相連。

這些圖像能夠幫助科學(xué)家完善物質(zhì)在超大質(zhì)量黑洞周圍極端環(huán)境中運(yùn)動(dòng)規(guī)律的理論。這一類黑洞的質(zhì)量相當(dāng)于數(shù)百萬(wàn)乃至數(shù)十億個(gè)太陽(yáng)，并且存在于所有大型星系的中心。

M87*的新圖像展示了磁場(chǎng)方向的反轉(zhuǎn)：2017年向一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，而2021年則變?yōu)榉捶较颉＃▓D片來(lái)源：EHT合作組織）

EHT團(tuán)隊(duì)成員、韓國(guó)慶熙大學(xué)研究員Jongho Park表示：“偏振方向在2017-2021年間發(fā)生反轉(zhuǎn)完全出乎意料。這挑戰(zhàn)了我們現(xiàn)有的模型，說(shuō)明我們對(duì)事件視界附近現(xiàn)象的認(rèn)知仍然不足。”

觀測(cè)顯示，這個(gè)相當(dāng)于65億個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量的黑洞周圍的超高溫磁化氣體（即等離子體）環(huán)在2017年往某一方向流動(dòng)，2018趨于穩(wěn)定，而在2021年竟反向旋轉(zhuǎn)。更有趣的是，并非所有該等離子體的特征都在這四年間發(fā)生了變化。

研究共同負(fù)責(zé)人、哈佛-史密松天體物理中心天文學(xué)家Paul Tiede指出：“驚人之處在于，雖然光環(huán)的尺寸在這些年仍保持不變，證實(shí)了愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論預(yù)測(cè)的黑洞陰影，但是偏振規(guī)律卻劇烈變化。這表明，事件視界附近旋轉(zhuǎn)的磁化等離子體并非靜態(tài)，它們極具動(dòng)態(tài)性和復(fù)雜性，正在挑戰(zhàn)理論模型的極限。”

人類歷史上捕獲的首張黑洞圖像，展示了環(huán)繞M87*的等離子體環(huán)。（圖源：事件視界望遠(yuǎn)鏡）

M87*周圍等離子體偏振方向的改變似乎表明，這個(gè)黑洞周邊的環(huán)境正處于一種不斷演變且充滿湍流的狀態(tài)，這可能影響其吞噬周圍物質(zhì)的方式。磁場(chǎng)反轉(zhuǎn)的原因目前尚未明確，但可能是等離子體自身的磁性結(jié)構(gòu)以及外部效應(yīng)的共同結(jié)果所導(dǎo)致的。

此次發(fā)布的新圖像還讓研究團(tuán)隊(duì)首次得以通過(guò)EHT定位從M87*周邊以近光速噴發(fā)的粒子噴流的基部。這是一個(gè)重大的突破性發(fā)現(xiàn)，因?yàn)檫@類由磁場(chǎng)導(dǎo)向兩極的粒子流被視為超大質(zhì)量黑洞塑造其宿主星系的主要方式之一，通過(guò)這一機(jī)制這些黑洞向周圍環(huán)境傾瀉巨大的能量。

新圖像也體現(xiàn)了EHT望遠(yuǎn)鏡陣列本身的升級(jí)。2021年收集的最終圖像更為清晰，因?yàn)樵诮M成EHT網(wǎng)絡(luò)的約25臺(tái)地面與空間儀器中，新增了位于美國(guó)亞利桑那州基特峰望遠(yuǎn)鏡與法國(guó)的諾埃瑪（NOEMA）毫米波陣列。這顯著提升了項(xiàng)目的觀測(cè)靈敏度。

EHT科學(xué)家、意大利那不勒斯費(fèi)德里科二世大學(xué)的天文學(xué)家Mariafelicia De Laurentis表示，“這些成果表明EHT正在發(fā)展成為一個(gè)成熟的天文觀測(cè)臺(tái)。它不僅能夠提供前所未有的圖像，也更加能幫助我們逐步建立起對(duì)黑洞物理學(xué)的漸進(jìn)和連貫認(rèn)知。每一次新的觀測(cè)項(xiàng)目都在拓展我們的視野，從等離子體和磁場(chǎng)動(dòng)力學(xué)到黑洞在宇宙演化中的作用。這是這個(gè)儀器非凡科學(xué)潛力的具體證明。”

團(tuán)隊(duì)成員表示，得益于格陵蘭望遠(yuǎn)鏡和詹姆斯·克拉克·麥克斯韋望遠(yuǎn)鏡的升級(jí)，EHT未來(lái)獲取的圖像質(zhì)量即將再上一個(gè)新的臺(tái)階。因此，EHT必將在未來(lái)多年里，持續(xù)在人類理解黑洞物理學(xué)這一領(lǐng)域中發(fā)揮重要的作用。

團(tuán)隊(duì)共同負(fù)責(zé)人、荷蘭拉德堡德大學(xué)的Michael Janssen說(shuō)：“年復(fù)一年我們都在提升EHT——增加新的望遠(yuǎn)鏡、升級(jí)儀器設(shè)備、提出科學(xué)探索的新想法、開(kāi)發(fā)新算法以從數(shù)據(jù)中挖掘更多的信息。對(duì)這項(xiàng)研究而言，所有這些因素完美地結(jié)合在一起并催生了新的科學(xué)成果和新的問(wèn)題，對(duì)此我們?nèi)允侨沃氐肋h(yuǎn)。”

該團(tuán)隊(duì)的研究成果發(fā)表在《天文學(xué)與天體物理學(xué)》（Astronomy & Astrophysics）期刊八月版中。

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人馬座中的星云與星團(tuán)

圖片來(lái)源及版權(quán)：J. De Winter, C. Humbert, C. Robert & V. Sabet; 文字: Ogetay Kayali (MTU)

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