黑洞事件視界望遠鏡拍攝史無前例的黑洞射流圖像

2021-01-10 科技領航人

如今,了解這些黑洞射流及其形成方式對天體物理學家而言至關重要,而研究黑洞射流的一種流行方法是長基線幹涉法(VLBI)。長基線幹涉法(VLBI)是一種將世界各地射電望遠鏡的觀測結果結合在一起的方法,可以有效地創建更大的望遠鏡,從而提高其分辨遠距離天體的整體解析度。每個望遠鏡都記錄從一個源發出的輻射以及輻射到達的確切時間。計算機算法結合併在某種意義上將數據聚焦為高解析度圖像。

事件視界望遠鏡運用長基線幹涉法

長基線幹涉法(VLBI)最著名的用途來自事件視界望遠鏡,這是一個全球性協作天文臺,目的是在黑洞的中心創建「黑眼圈」的圖像。八臺射電望遠鏡在2017年採集了兩周的數據,該合作組織於去年4月提供了現成的銀河系M87中心的圖標圖像。根據今天發表在《天文學和天體物理學》上的研究,儘管M87影像幫助科學家更好地了解了射流的形成,但它並未直接將黑洞與其射流聯繫起來。但是他們也觀察到了其他目標,包括數十億光年以外的稱為類星體 3C 279的明亮無線電波源。

今天,科學家發布了由德國馬克斯·普朗克射電天文學研究所的Jae-Young Kim領導的3C 279分析結果。事件視界望遠鏡於2017年4月5日,6日,10日和11日對目標進行了成像,隨後的幾年中,科學家們努力將觀察結果進行合併分析實際數據。

黑洞射流

這些觀察結果使射流的成像解析度降低了半光年。該結構在其底部顯得扭曲,並且具有較小的子結構分量,這些分量垂直於我們的視野移動。在觀察窗口的幾天中,甚至發生了變化。實際上,兩個射流分量的移動速度似乎快於光速,分別是光速的15倍和20倍,它們的移動速度並沒有真正快於光速。總之,這些觀察結果表明,噴射流可能是由其等離子體中的不穩定性產生的衝擊波的扭曲或旋轉發射。

圖註:放大黑洞噴射流並在不同的無線電波長下查看,可以發現更詳細的結構。一位未參與這項研究的物理學家,德國DESY的博士後研究員康斯坦察·薩塔萊卡(Konstancja Satalecka)告訴我們,這些測量本身很引人注目,但與其他輻射波長(如伽馬射線)結合使用時,將更加令人興奮。射流產生的伽馬射線與新的特徵形成有關,也可能與中微子和宇宙射線等更神秘的爆發相關。

薩塔萊卡在接受我們採訪時說:「由於事件視界望遠鏡觀測是在3C 279伽瑪射線表現出高度可變性的時期進行的,因此,我為隨後的論文將多波長數據將用於建模射流過程而感到非常興奮,希望我們可以查明伽馬射線發射區域的位置,並了解更多有關產生它們的加速和發射機制的信息。」

薩塔萊卡解釋說,這些射流只是一個例子,可以顯示出巨大的變化。這意味著此處的結果無法推廣到其他活躍的星系,即其中心也在爆炸輻射的星系。儘管如此,這仍是了解這些射流形成方式的一步。

科學家正在繼續分析2017年4月運行的數據,並希望最終產生我們自己星系中心黑洞的圖像,甚至是視頻。持續蔓延的covid-19大流行使本月的事件視界望遠鏡暫停運行,因此事件視界望遠鏡團隊的科學家正在努力進一步分析2017年和2018年的數據。計劃於2021年3月對11個觀測站進行擴展。

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