黑洞是否會搖擺？來自標誌圖像的黑洞似乎在搖擺

2020-09-27 流芳科學

科學家正在學習有關有史以來第一個直接成像的黑洞的重要新事物，包括與愛因斯坦理論相一致的行為，但它也以非常不穩定的環的形式顯示出意外的特徵。似乎永遠一樣，但我們終於在2019年4月這個明顯看不見的超大型黑洞圖像首次發布時大吃一驚。當然，我們實際上不能「看到」黑洞，因為正如任何6 歲的孩子會高興地告訴您的那樣，黑洞有吸光的習慣。但是，圖片確實顯示出一個不對稱的環，稱為黑洞的陰影，過熱的氣體在黑洞的事件視界周圍旋轉，超出該邊界，光線無法逸出。

黑洞M87 *。 圖片：EHT協作

這個質量為65億太陽的特殊黑洞，位於梅西埃87號星系（簡稱M87）中，距地球5500萬光年。名為M87 *的黑洞是由事件地平線望遠鏡於2019年4月拍攝的，這是一項歷史性的科學成就。該圖像提供了M87 *的靜態視圖，但本周發表在《天體物理學雜誌》上的新研究表明，現在有可能研究隨時間推移該黑洞及其周圍區域的物理變化。從事EHT項目的天文學家在2017年4月觀察了M87 *的一周時間，這沒有給他們足夠的時間來跟蹤系統的動態方面，例如形狀的變化。但是研究人員現在已經通過研究追溯到2009年的檔案EHT數據做到了這一點。

哈佛和史密森尼大學天體物理學中心的天文學家，新論文的主要作者Maciek Wielgus 表示：「如果您想看到十年來出現黑洞，沒有替代品來代替十年的數據。EHT是一個大型望遠鏡陣列，由策略性地放置在全球各地的射波天線組成。該系統在2017年實現全面作戰能力，並與菜餚在五個不同的位置，它導致了一種「地球大小的無線電菜」，因為它是描述在新聞發布會上推出了由德國馬普射電天文研究所。但是，重要的是，EHT陣列的早期原型在構建系統時正在收集重要的天文信息。具體而言，從2009年至2012年，從三個站點收集了巨大黑洞的觀測資料，在2013年，從四個站點收集了觀測資料。

在這些觀察中，雖然沒有足夠的信息來產生圖像，但它們足以約束簡單的幾何模型，統計建模技術加上一些有根據的猜測，使研究人員能夠在一段時間內繪製出系統的變化圖，其中包括EHT收集的直到2019年的觀測值。正如模型所顯示的那樣，在過去的10年中，此產品的整體形狀保持不變。對於這個大小的黑洞，新月形陰影的固定直徑與從他著名的廣義相對論得出的預測一致。在這項研究中，我們表明，一般的形態或不對稱環的存在很可能會持續數年的時間尺度。

麻省理工學院的科學家和研究合著者Kazu Akiyama在哈佛和史密森尼表示：「這是對理論期望的重要確認，因為（多次觀察）的一致性使我們對M87 *的性質和陰影的起源有了前所未有的信心。除了這種恆定性外，天文學家確實注意到了一個主要區別，因為不對稱環似乎在很大程度上搖擺。戒指的形狀在過去十年中沒有改變，但是已經旋轉了。實際上，我們在那裡看到了很多變化，數據分析表明，環的方向和精細結構會隨時間而變化」，這一點很重要，因為它為動力學結構提供了第一印象。M87 *的吸積流量（材料流入黑洞的速率）似乎是可變的。正如作者推測的那樣，環中的發光氣體處於高度湍流狀態，這是磁場的結果，這就是導致黑洞隨時間推移而出現偏移的原因。

這是非常令人興奮的，因為這種搖擺的動力將使我們能夠[測量]吸積流量。通過本文，我們現在進入了研究黑洞周圍私密區域的新時代。天文學家可以跟蹤這些外來系統隨時間的變化，他們不僅應該研究吸積流，而且還應該研究相關現象，例如相對論射流。相對論射流的物理特徵（高能粒子的流出）是「了解黑洞宿主星系與周圍介質相互作用的關鍵，對吸積流的觀察也將為科學家提供另一種測試廣義相對論的方法，這一理論到目前為止一直很好。 

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