全球第二張黑洞相片來了。
4月初，間隔全球首張黑洞相片發(fā)布一年，天文學(xué)家團隊獲得了一張由超大質(zhì)量黑洞驅(qū)動的巨大等離子體射流的圖像，這張相片顯現(xiàn)黑洞正向外猛烈噴發(fā)大量物質(zhì)。
盡管這張相片依舊高糊，但它初次提醒了黑洞噴發(fā)流是呈曲折狀，推翻了天文學(xué)家以往對黑洞輻射流呈直線狀的形象。
55億光年外的黑洞長這樣
第二張黑洞相片上的超大質(zhì)量黑洞位于間隔地球約55億光年外的類星體中心，從論文信息看，這張黑洞相片拍照于2017年4月，相同由事情視界望遠(yuǎn)鏡拍照；該類星體看起來十分明亮，在許多年前就被天文學(xué)家命名為3C 279。
“類星體就是看上去相似恒星的天體，是一類離地球很遠(yuǎn)、能量很高的河外星系的活動星系核，中心是猛烈吞噬周圍物質(zhì)的、質(zhì)量超過千萬太陽質(zhì)量的超大質(zhì)量黑洞。”中國科學(xué)院紫金山天文臺研討員劉四明告知《科技周刊》記者，類星體、脈沖星、微波布景輻射和星際有機分子一度被稱為20世紀(jì)60時代天文學(xué)的“四大發(fā)現(xiàn)”。
長期以來，因類星體間隔悠遠(yuǎn)，以及黑洞體積很小等原因，天文學(xué)家對這類天體的探究手段有限。不過，因為黑洞強大的引力，使得周圍物質(zhì)在落入黑洞的進程中發(fā)作“劇烈摩擦生熱”，并釋放出巨大的能量，類星體便成為了宇宙中最耀眼的天體，而這一次事情視界望遠(yuǎn)鏡的突破就在于觀測到噴流的詳細(xì)結(jié)構(gòu)。
天文學(xué)家在論文中稱，3C 279是一顆具有明顯無線電射流的光學(xué)劇變類星體，其挨近光速運動的物質(zhì)噴流被以為指向地球方向，因為多普勒效應(yīng)呈現(xiàn)出比其它類星體更亮和更多變的高能輻射特征。不同于其他光學(xué)劇變類星體，3C 279中心的超大質(zhì)量黑洞周圍還盤旋著一個能發(fā)出強烈輻射的氣體吸積盤（環(huán)繞在黑洞周圍的氣體和塵土混合物），并往外噴發(fā)火焰狀的高速等離子體。
有史以來最高分辨率拍到噴流
黑洞向外噴物質(zhì)，很早以前天文學(xué)家就現(xiàn)已了解。劉四明介紹，上個世紀(jì)五六十時代，人類對黑洞還沒有直接觀測依據(jù)的時分，就現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)噴流的存在，其時天文學(xué)家就猜想這種帶著巨大能量的噴流不太或許由恒星發(fā)生，于是便開始懷疑它由黑洞發(fā)生。
此前，錢德拉太空望遠(yuǎn)鏡等也曾發(fā)現(xiàn)過相似的黑洞噴流，這次，事情視界望遠(yuǎn)鏡依靠史上最高的分辨率拍到了噴流相片。
“黑洞發(fā)生噴流的進程能夠淺顯地解說為物質(zhì)墜落黑洞時彼此擁擠磕碰并發(fā)熱，造成一部分物質(zhì)被擠出來?！眲⑺拿鹘庹f，其發(fā)生機制可總結(jié)為物質(zhì)墜落黑洞時構(gòu)成吸盤，沿著吸盤方向的物質(zhì)簡單掉進去；而垂直于吸盤方向的物質(zhì)就簡單被揉捏噴發(fā)出來。
去年4月公布的世界第一張黑洞相片并沒有看到噴流，對此劉四明回答，黑洞的噴流一直存在，不同的望遠(yuǎn)鏡看到的噴流大小方向都不一樣；此次位于德國波恩的馬普射電天文研討所Jae Young Kim團隊得到的有史以來最高分辨率的觀測，因為噴流視點和輻射性質(zhì)正好，所以能夠拍到黑洞鄰近的噴流結(jié)構(gòu)；第一次黑洞相片沒拍到噴流，是因為室女座黑洞的噴流在觀測視場之外。
第二張黑洞相片發(fā)布后，有網(wǎng)友標(biāo)明仍是感覺模糊不清。劉四明說，盡管望遠(yuǎn)鏡的分辨率有史以來最高，但依然有限。風(fēng)趣的是，拍照這張相片只用了4天，“修圖”卻花了3年；這4天內(nèi)，天文學(xué)家搜集到了大量的數(shù)據(jù)，然后匯總到馬克斯射電天文學(xué)研討所和麻省理工學(xué)院的超級計算機上，進行分析與組成，隨后歷經(jīng)3年才面世。
噴流曲折突破天文學(xué)家設(shè)想
2017年4月，天文學(xué)家經(jīng)過超高角分辨率技能——1.3mm（230GHz）VLBI技能（甚長基線干與測量技能，一種用于射電天文學(xué)中的天文干與測量方法）對3C 279的中心噴發(fā)流的精細(xì)結(jié)構(gòu)進行了4次觀測，最終發(fā)現(xiàn)該噴發(fā)流底部的曲折形態(tài)。
這與天文學(xué)家以往的認(rèn)知有很大的距離，在拍照到這張相片之前，天文學(xué)家設(shè)想黑洞的噴發(fā)流是呈直線狀；但第二張相片提醒了噴發(fā)流底部似乎是曲折的。
至于噴流為什么是曲折的，劉四明解說，一直以來，科學(xué)家們觀測到的黑洞噴流規(guī)范比星系規(guī)范還要大，在整個大規(guī)范上，噴流總體就是一條直線，這是基本的觀測事實。這次噴流呈曲折狀，劉四明猜想與磁場有關(guān)，“墜落黑洞中物質(zhì)被揉捏加熱后徹底電離（在動能效果下，原子、分子構(gòu)成離子的進程）發(fā)生磁場，磁場就像一個拉不斷的橡皮筋，你越拉它越強； 此次相片顯現(xiàn)的曲折狀噴流很或許代表磁場的一種結(jié)構(gòu)，磁場在吸盤里被拉彎，便造成噴流曲折的現(xiàn)象?！?br> 哈佛大學(xué)和史密森大學(xué)天體物理中心則以為，這或許是噴發(fā)進程中的沖擊波和不穩(wěn)定性，導(dǎo)致了噴流的歪曲形狀。也有科學(xué)家以為，這或許與高能的伽馬射線有關(guān)。總歸，對于這個現(xiàn)象，天文學(xué)家還沒有一個一致的解說，現(xiàn)在也只能靠提出各種假說然后由未來觀測驗證。
噴流背面，探尋星系演化秘密
研討黑洞噴流有什么含義？劉四明標(biāo)明，噴流是黑洞十分明顯的觀測特征，噴流也帶著了巨大的能量并發(fā)生輻射，經(jīng)過光學(xué)望遠(yuǎn)鏡看到的黑洞噴流亮度乃至高于整個星系的亮度；所以研討噴流噴出來的物質(zhì)，對研討噴流地點整個星系的構(gòu)成演化都有重要的效果。
“噴流是宇宙中一種十分劇烈的能量釋放事情，它影響的規(guī)范從黑洞鄰近一直到整個星系外面，影響范圍極大，對整個宇宙結(jié)構(gòu)和星系演化都有重要的影響。”劉四明說，噴流還能夠解答黑洞是怎么進食和成長的，黑洞并不會全部吞噬吸盤里的物質(zhì)，而是拋出其中一部分，至于吞得多仍是拋得多，有很大的不確定性。
總歸，黑洞噴流在星際結(jié)構(gòu)演變中的重要性顯而易見，它的實在相片不僅能夠協(xié)助天文學(xué)家推演星系中壯麗噴流是怎么構(gòu)成并影響星系演化的，還或許推翻人類此前對黑洞，乃至引力、宇宙的認(rèn)知，正如這一次的相片，就是從噴流和氣體吸積盤的層面為天文學(xué)家?guī)砹诵碌陌l(fā)現(xiàn)和信息。而隨著事情視界望遠(yuǎn)鏡探測深度的加強，未來還將有更多有意思的現(xiàn)象被發(fā)現(xiàn)。
拍到噴流相片的下一步研討方向是什么？劉四明以為，這次拍照到的黑洞和去年那個比較要遠(yuǎn)許多，這標(biāo)明事情視界望遠(yuǎn)鏡的全體研討方向在擴大，結(jié)合高分辨率的觀測，將把整個超大質(zhì)量黑洞以往的研討分支慢慢一致起來?！凹热辉蹅儸F(xiàn)在能夠看到黑洞鄰近的景象，能夠驗證愛因斯坦的廣義相對論，將來也有或許就發(fā)現(xiàn)一些問題和依據(jù)，標(biāo)明這套理論或許還不夠完善?！?br> 劉四明還泄漏，他的同事袁強研討員正在研討黑洞鄰近一些超出粒子物理規(guī)范模型的現(xiàn)象，他們相信黑洞鄰近存在大量叫“軸子”的粒子，假如實在存在，會對黑洞成像有必定影響，他們正在經(jīng)過事情視界望遠(yuǎn)鏡探究“軸子”存在的依據(jù)。
