超大質量黑洞周圍的M87巨星系!

2021-02-15 天文物理

視界望遠鏡(EHT)已公布了黑洞視界的首張圖像，黑洞視界是光無法逃脫黑洞巨大引力的區域。這個巨大的黑洞，有著65億個太陽質量，位於橢圓星系梅西耶87 (M87)。EHT是一個國際合作組織，它在美國的支持包括美國國家科學基金會。這張來自美國宇航局斯皮策太空望遠鏡的圖片顯示了整個M87星系的紅外線。相比之下，EHT圖像依賴於射電波長的光，並在黑洞周圍高能物質的背景下顯示出黑洞陰影，M87距地球約5500萬光年，100多年來一直是天文學研究的主題。

並被許多NASA的天文臺拍攝過圖像，包括哈勃太空望遠鏡、錢德拉x射線天文臺和NuSTAR。1918年天文學家Heber Curtis第一次注意到「一條奇怪的直線射線」從星系中心延伸出來。這種明亮的高能物質射流是由一個圍繞黑洞快速旋轉的物質盤產生，可以在多個波長的光中看到，從無線電波到x射線。

當噴流中的粒子撞擊星際介質(M87中恆星間的稀疏物質)時，它們會產生一種衝擊波，以紅外線和射電波長發出光，但不發出可見光。在斯皮策的圖像中，衝擊波比噴射流本身更為突出，位於星系中心右側明亮的噴流幾乎是直接向地球運動的。

由美國宇航局斯皮策太空望遠鏡拍攝的M87星系是一個超大質量黑洞所在地，該黑洞以接近光速的速度向太空噴射出兩束物質，插圖顯示了由兩股射流產生衝擊波的特寫視圖。圖片：NASA/JPL-Caltech/IPAC

它的亮度被放大是因為它在我們這個方向上的高速運動，但更大的原因是科學家們所說的「相對論效應」，這種效應的產生是因為噴流中物質以接近光速的速度運動。噴流軌跡與我們的視線相對於星系有輕微偏移，所以我們仍然可以看到噴流的一些長度。衝擊波從噴流似乎向下彎曲的地方開始，突出了快速移動的粒子與星系中氣體碰撞並減速的區域。相比之下，第二個噴射流正以如此之快的速度遠離我們，以至於相對論效應使得它在所有波長都是不可見的。但是它在星際介質中產生的衝擊波仍然可以在這裡看到。

在美國宇航局斯皮策太空望遠鏡拍攝的這張圖片中，M87星系看起來像一個朦朧的藍色太空泡，在星系的中心是一個超大質量的黑洞，它向太空噴射兩股物質。圖片：NASA/JPL-Caltech/IPAC

位於星系中心左側的衝擊波看起來像一個倒寫的字母「c」。雖然在光學圖像中看不到波瓣，但在無線電波中也可以看到波瓣，就像這張來自美國國家射電天文臺甚大陣列的圖像一樣。

通過結合紅外線、無線電波、可見光、x射線和高能伽馬射線的觀測，科學家們可以研究這些強大噴流的物理學。科學家們仍在努力從理論上理解氣體被吸入黑洞後是如何產生噴射流的。3.6微米和4.5微米波長的紅外光用藍色和綠色表示，顯示了恆星的分布，而8.0微米波長的塵埃特徵則用紅色表示。這張照片是在斯皮策最初的「冷」任務期間拍攝。

這張M87星系的廣域圖像是由NASA斯皮策太空望遠鏡拍攝，上面的插圖顯示了兩個衝擊波的特寫鏡頭，這兩個衝擊波是由星系的超大質量黑洞噴射產生。事件視界望遠鏡最近拍攝了一個黑洞輪廓的特寫照片，顯示在第二幅插圖中。圖片：NASA/JPL-Caltech/Event Horizon Telescope Collaboration

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