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事件視界望遠鏡發現附近超大品質黑洞爆發出巨大能量噴流

2024-02-07科學

黑洞是宇宙中最神秘的天體之一,它們是由塌縮的恒星或其他物質形成的,具有如此強大的重力,以至於連光都無法逃脫。黑洞是如何形成的?它們是如何影響周圍的物質和空間的?它們是如何與其他黑洞交互作用的?這些問題一直困擾著科學家和普通人,激發了無數的想象和探索。

今天,我們將介紹一項最新的科學發現,它揭示了一個超大品質黑洞的驚人行為,以及它與宇宙四大基本力量之一——磁力的關系。這個超大品質黑洞位於距離我們不遠的英仙座星系團中心,它以接近光速的速度噴射出物質流,形成了壯觀的射電噴流。這些噴流講述了磁力和重力之間的爭奪戰,以及黑洞的旋轉和進食方式。

你可能會驚訝地發現,黑洞其實並不是一無所知的。科學家們已經透過多種方法來探測和研究黑洞,例如觀測它們對周圍光線的彎曲效應,或者捕捉它們與其他天體碰撞時產生的重力波。其中最令人震驚的方法是,利用一種叫做事件視界望遠鏡(EHT)的儀器,直接拍攝了黑洞的影像。這是一項前所未有的壯舉,因為黑洞本身是不可見的,只有它們的事件視界——即光無法逃逸的邊界,才能被捕捉到。

事件視界望遠鏡(EHT)是一個由多個射電天線組成的全球陣列,它們透過精密的同步和協作,形成了一個地球大小的虛擬望遠鏡。這樣,它就能夠觀測到極其微弱和細微的射電訊號,從而揭示出黑洞的輪廓和特征。EHT公布了人類歷史上第一張黑洞照片,它顯示了位於梅西耶87星系中心的一個超大品質黑洞,它的品質相當於65億個太陽。這張照片震驚了全世界,也為黑洞的研究開辟了新的視角和可能性。

在這項令人驚嘆的成就之後,EHT並沒有停止對黑洞的觀測和研究,而是繼續探索了另一個距離我們更近的超大品質黑洞,它位於英仙座A星系的中心。英仙座A星系是英仙座星系團的中心星系,距離地球約2.3億光年。雖然這個距離看起來很遙遠,但它相當於宇宙的後院,使得這個黑洞成為距離我們最近的超大品質黑洞之一。這個黑洞的品質約為1.4億個太陽,是太陽系中最大的行星——木星的品質的3.5萬億倍。

英仙座A星系是一個活躍的星系,它的中心區域發出了強烈的射電波,因此也被稱為射電星系3C 84。這些射電波是由黑洞周圍的高溫電漿產生的,它們以接近光速的速度被黑洞噴射出來,形成了兩道長達數千光年的射電噴流。這些噴流是黑洞最明顯的標誌之一,也是宇宙中最強大的能量釋放現象之一。它們可以影響整個星系的演化,甚至改變星系團的性質。

EHT對英仙座A星系的中心區域進行了詳細的觀測,試圖揭開黑洞是如何以物質為食,並噴射出強大的噴流的奧秘。這一發現有助於科學家們更好地理解黑洞的物理性質,以及它們與宇宙四大基本力量之一——磁力的關系。

磁力是一種無處不在的自然現象,它可以使指南針指向北方,也可以使馬達運轉,甚至可以使一些動物感知地球的磁場。磁力是由電荷的運動產生的,它可以吸引或排斥其他帶電物體,也可以影響光的偏振方向。光是一種電磁波,它由振蕩的電場和磁場組成,它的偏振方向表示了電場的振蕩方向。當光透過一個磁場時,它的偏振方向會發生變化,這就是所謂的法拉第效應。透過測量光的偏振,我們就可以推斷出磁場的強度和方向。

EHT利用了這一原理,對英仙座A星系的中心黑洞周圍的偏振光進行了成像,這是繼對梅西耶87星系的中心黑洞進行同樣的成像之後的又一項重大突破。這些偏振光影像揭示了黑洞周圍存在著有序的磁場,它們在黑洞的重力和旋轉的影響下,發揮著重要的作用。

當物質向黑洞墜落時,它們不會直接落入黑洞,而是會在黑洞周圍形成一個旋轉的圓盤,這就是所謂的吸積盤。

吸積盤中的物質會因為摩擦而變得非常熱,同時也會帶有電荷和磁性。當這個磁性吸積盤轉動時,其中的磁場線就會扭曲,變得緊密纏繞,從而阻礙磁能的有效釋放。這就導致了磁場和重力之間的競爭,磁場試圖抵抗物質被吞噬的命運,而重力則試圖將物質拉入黑洞。在這場爭奪戰中,磁場有時會占據上風,將一部份物質從吸積盤中擠出,形成兩道沿著黑洞旋轉軸的噴流。這些噴流會以接近光速的速度向外噴射,攜帶著巨大的能量和磁場。

EHT對英仙座A黑洞周圍的偏振光的觀測表明,其附近存在著秩序井然的磁場,它們延伸到整個吸積盤中。這些磁場很可能是噴流形成的關鍵因素,它們可以將物質從吸積盤中加速並引導到噴流中。此外,EHT還發現,英仙座A黑洞的旋轉速度可能與其發射噴流的能力有關。這意味著,黑洞的旋轉不僅會影響其周圍的空間和時間,還會影響其周圍的物質和磁場,從而影響其噴流的形成和特征。

這些發現為我們提供了一個獨特的機會,來探索黑洞和磁場之間的復雜交互作用,以及它們對宇宙的影響。這些交互作用不僅涉及到重力和磁力這兩種基本力量,還涉及到黑洞的品質、旋轉、進食和噴射等多種物理性質。為了更深入地理解這些性質,我們需要運用愛因史坦於1915年提出的重力理論——廣義相對論,它可以描述強重力下的空間和時間的行為。EHT的高分辨率觀測為我們提供了一個理想的實驗室,來檢驗廣義相對論在極端條件下的有效性和局限性。