像光一樣運動:M87的黑洞噴流

2020-11-25 騰訊網

宇宙中運動最快的物質。

文/Chandra team

譯/geekFox

原文/chandra.si.edu/photo/2020/m87/

本文基於創作共同協議（BY-NC）

NASA/CXC

錢德拉X射線望遠鏡（Chandra X-ray Observatory）的數據顯示，M87星系中的黑洞正以超過99%光速推動粒子離開。

這一驚人速度是在2012年至2017年期間沿黑洞產生的噴流（jet）區域的X射線變化中檢測到的。

M87曾在2019年4月名聲大噪，當時事件視界望遠鏡（Event Horizon Telescope, EHT）首次發布了其中央黑洞的直接成像。

Chandra看到的噴流比EHT成像的環大50萬倍，呈現的黑洞活動要比EHT成像的環狀結構要古老得多。

這些圖像顯示了NASA錢德拉X射線天文臺提供的證據，證明M87中的黑洞正在以超過99%的光速向外噴射粒子。多年來，在射電和光學波長下，天文學家已觀察到M87中央黑洞的噴流快速噴出的特徵，但Chandra提供了迄今為止，粒子以如此之快飛行最有力的證據。天文學家們需要Chandra的解析度才能進行這些精確的觀測。

圖中的主圖顯示了Chandra看到的M87的整個噴流長度，綿延約18000光年。在這裡看到的X射線發射的 "結"（knots）是物質零星落入M87黑洞時產生的，產生的X射線沿著噴流離開黑洞。兩張子圖顯示了Chandra在2012年和2017年對噴流底部附近的一個小區域的觀測。左下角的源頭是黑洞周圍物質的X射線輻射，另一個源頭是噴流中距黑洞約900光年的一個結。這個結在2012年至2017年期間遠離了黑洞，並且也變暗了70%。

2012年和2017年Chandra成像的子圖。 NASA/CXC/SAO/B. Snios et al.

研究人員仔細研究了這個結，以及沿著噴流距黑洞約2500光年的另一個結。通過比較這些結在5年的時間間隔內移動了多遠，天文學家團隊能夠確定，距離較近的那個結的視速度（apparent speed）是6.3倍光速，而另一個2.4倍光速移動。

M87中心的超大質量黑洞的藝術圖。 NASA/CXC/M.Weiss

這是「視超光速運動」的一個例子，當物體接近光速，且沿著指向地球的方向運動時就會發生。噴流逼近光速向著我們飛行，給人一種錯覺，即噴流的運動速度比光速快得多。M87的噴流幾乎指向我們，導致了這奇特的視速度。

此前，天文學家還無法確切地證明噴流中的物質以非常接近光速的速度運動。例如，這種運動特徵可能是一種波（wave）或激波（shock），類似超音速飛機的音爆，而不是真實的物質運動。

Chandra的M87寬景圖（Wide-field View）；框內是上面噴流圖像的大致位置。 NASA/CXC

2019年4月，在事件視界望遠鏡（ETH）發布M87黑洞成像圖片時，這個天體受到極大的關注。而在20多年的運行中，Chandra多次觀測這個星系的黑洞。M87中的黑洞約為65億倍太陽質量，距離地球約5500萬光年。

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相關焦點

  • 如果m87黑洞距離地球一光年,對地球會有什麼影響?
    太陽系半徑1光年，如果相當於65億倍太陽質量的m87黑洞距離地球一光年，將破壞太陽系的運行狀態，最後所有天體都被m87所吞噬，連個渣都不剩。在太陽系中，太陽佔據了98％的質量，巨大的引力使得太陽系所有天體都繞著太陽運行，地球處於太陽系宜居軌道，太陽風的影響、太陽釋放的熱量等無法影響到地球生命，如果m87黑洞距離地球1光年，首先太陽系所有天體的運行狀態都會被破壞，會繞著黑洞運行並且逐漸向黑洞中墜落，當距離太近的時候，地球就會被撕扯碎裂，部分物質在沒進入黑洞之前就在強大的壓力和劇烈的摩擦中轉變為能量釋放出來
  • m87黑洞可裝六百個最大恆星,這個黑洞卻可裝六千個m87黑洞
    然而盾牌座uy卻並非最大的單一天體，前幾天公布的首張黑洞照片的m87星系中心黑洞的視界體積（以史瓦西半徑公式計算的光無法逃逸的黑洞體積
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  • 超大質量黑洞周圍的M87巨星系!
    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。
  • 黑洞噴流你超光速啦!
    現在大家都知道真空光速是不可超越的「宇宙速度上限」，可是曾經，在天文學家研究一些遙遠星系中心黑洞產生的噴流時，他們卻發現了異常。 因為這些星系中的一些黑洞噴流似乎正在以超過光速的速度前進，這讓天文學家十分困惑——難道「光速不可超越」這一鐵律要在遙遠的太空中被打破了嗎？
  • 黑洞蘊含的物理原理
    這個數據是根據哈勃望遠鏡拍攝了一張m87的一個噴流的照片估計測算出來的，就是最早的哈勃望遠鏡拍攝了一張m87的一個噴流的照片啊，通過這張照片仔細看m87的黑洞照片，會發現這張照片從左上到右下愛他是有一個相對較亮的暗影。這個暗影和哈勃拍攝的噴流的照片符合得很好。但是我們看到的黑洞為什麼是上暗下亮呢？
  • 黑洞噴流——無法解釋的超光速現象
    我們將其命名為——超光速運動光速概念圖黑洞噴流，是現如今人類可觀測到的一種超光速運動。噴流是天體噴射出的定向、狹長、高速物質流，被稱為「宇宙火柱」。宇宙中很多星系的中心都存在巨大黑洞，當周圍的天體物質落入黑洞時會噴射出火焰般的噴流。在梅西埃87號星系的核心位置，有一個巨型黑洞，它的質量是太陽質量的65億倍。在2012年和2017年，天文觀測者錢德拉（Chandra）追蹤了位於黑洞附近900到2500光年的兩個X射線結的運動。
  • 天文學家拍攝到一個以接近光速噴出噴流的黑洞
    「我以為沒有什麼能逃脫黑洞？」你說得對，沒有什麼可以。但這些物質實際上並不是從黑洞中出來的。它來自於環繞黑洞旋轉的物質，並在這種運動中被加熱。這些物質噴流被稱為天體物理噴流，或相對論噴流。它們是由被稱為吸積盤的物質旋轉圓盤釋放的。這些氣盤可以圍繞在脈衝星和中子星周圍，也可以圍繞在黑洞周圍。
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    「我以為沒有什麼能逃脫黑洞?」你說得對，沒有什麼可以。但這些物質實際上並不是從黑洞中出來的。它來自於環繞黑洞旋轉的物質，並在這種運動中被加熱。這些物質噴流被稱為天體物理噴流，或相對論噴流。它們是由被稱為吸積盤的物質旋轉圓盤釋放的。
  • 像黑洞一樣會噴流,更會給人類帶來災難!
    無法逃避的「光」在黑洞中，有極少數潛伏在星系中央的超重物質會以強烈的光速向外噴射粒子流，並對周圍的環境造成損害。在這一路上，這種等離子體以某種方式獲取足夠的能量來猛烈地發光，並沿著黑洞的旋轉軸形成兩個亮柱。英國劍橋大學天文研究所長表示：這真的一個令人激動的發現。
  • M87黑洞離地球5500萬光年,我們看到的只是過去,如今境況如何?
    距離我們5500萬光年的巨型黑洞m87終於被地球上的人類親眼「看見」。這是科學史上的一大突破，也開啟了人類了解宇宙終極奧秘的一扇大門。在此之前的一百多年，有關於黑洞的理論和圖像資料，都是處於一種半猜想的狀態，沒有人能夠以如此直接的方式讓黑洞暴露在我們眼前。
  • M87星系黑洞向外噴射相對論物質流,其速度超過99%倍光速
    和其他橢圓星系一樣，科學家認為M87星系是通過星系合併而變得如此巨大的。M87星系黑洞發射出相對論性噴流M87星系黑洞是一個位於M87中心的超大質量黑洞（天文學家認為所有星系中心都存在著巨大的黑洞），它的質量大約是太陽的65億倍。
  • 「慧眼」探洞，發現距離黑洞最近的高速噴流
    本報訊（見習記者任芳言）2018年3月，黑洞X射線雙星MAXI J1820+070爆發，成為一百多天裡空中最亮的X射線源之一。天文學家通過「慧眼」衛星對其進行觀測，發現了迄今為止能量最高的低頻準周期振蕩，能量超過200千電子伏特。
  • 離黑洞最近的噴流,慧眼找到了!—新聞—科學網
    9月22日《自然-天文學》上線的文章中，來自中科院高能物理所、英國南安普頓大學、德國圖賓根大學、中科院上海天文臺等單位的研究團隊指出，這可能與黑洞附近向外高速運動的等離子體噴流有關。 準周期振蕩（quasi-periodic oscillation，QPO）在X射線雙星中普遍存在，觀察雙星系統的光變曲線，可發現類周期性的高低調製，這是準周期振蕩的顯著特徵之一。 人類最早於上世紀80年代觀測到準周期振蕩，但該現象的起因一直不明了。
  • 天文學家首度發現黑洞噴流源頭(圖)
    ，盤中心發出白熱的光，盤緣因受到黑暗背景烘託而可看得見。從右上方一直朝左下方延展，一縷縷青綠色的物體是快掉入黑洞的物質在順著磁場引導下所形成的噴流。以虛線標記的範圍是最內圈穩定圓型軌道，這是物質以軌道繞著黑洞轉的最近距離，再更靠近而超過此距離的話，則物質軌道開始呈現不穩定，然後掉入黑洞中。
  • 慧眼衛星發現距離黑洞最近的高速噴流
    研究表明，其起源於黑洞視界附近的相對論噴流（向外高速運動的等離子體流）的進動，為解決一直以來存在爭議的低頻QPO物理起源問題提供了重要依據。因此研究團隊提出，該低頻QPO應該產生於黑洞視界附近噴流的進動，很可能是黑洞自轉產生的廣義相對論的參考系拖曳效應產生的。
  • M87 *黑洞射流實現超光速運動,科學家:是錯覺
    宇宙深不可測，但這幾年科學技術升級，宇宙的秘密也在一點點被揭開，但是黑洞之謎卻讓人頭疼，黑洞深不可測，任何東西都逃不過它的「魔爪」，一旦進入黑洞就會被吞噬掉，十分玄妙。人類有史以來拍到的第一張黑洞照片就是M87*黑洞，其位於M87星系中心，C位出道，質量超大，相當於65億個太陽那麼大。近日，美國宇航局的錢德拉X射線天文臺拍攝到快速遠離黑洞吸積盤的物質流，發現有些物質重新落入黑洞，有些物質則會進入沿著磁場線運動的噴射物質流。
  • 中國「慧眼」衛星發現距離黑洞最近的高速噴流
    低頻QPO起源於圍繞黑洞進動的高速噴流的藝術想像示意圖。（中科院高能所「慧眼」衛星團隊 供圖）低頻QPO起源於圍繞黑洞進動的高速噴流的藝術想像示意圖。進一步研究表明，該低頻準周期振蕩起源於黑洞視界附近的相對論噴流(黑洞向外高速運動的等離子體流)的進動(即噴流的方向繞一個中心軸旋轉)，為解決一直以來存在爭議的低頻準周期振蕩物理起源問題提供了重要依據。
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    中新網北京9月22日電 (記者 孫自法)中國「慧眼」(HXMT)衛星又有重磅發現——其最新觀測結果發現距離黑洞最近的高速噴流，這對於研究黑洞附近的廣義相對論效應、物質動力學過程和輻射機制等具有重大意義。
  • 中國慧眼發現距離黑洞最近的告訴噴流
    Calçada被黑洞引力吸引的物質，會圍繞黑洞旋轉形成溫度非常高的吸積盤，而且還可能產生運動速度接近光速的物質流，即噴流。因此，黑洞的自轉也會對黑洞周圍的空間產生拖曳效應，這就導致了黑洞視界附近的噴流發生進動。研究人員認為，觀測到的低頻QPO很可能起源於圍繞黑洞的噴流的進動。