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超大質量黑洞看起來像什麼?扭轉的「甜甜圈」

藝術家描畫環抱一個超大質量黑洞四周的區域,個中包孕:塵土環、灼熱吸積盤和能量釋放。

  新浪科技訊 日期:3月5日新聞,據國外媒體報道,所有大型星系中間都存在著超大質量黑洞,這些黑洞都在積極吸積物資,是以被稱為「活躍星系核(AGN)」。當物資落入黑洞,將構成一個釋放通亮光線的盤狀構造,甚至能夠產生巨大噴發和噴射流。與一個直徑數十萬光年的星系相比,超大質量黑洞四周的吸積盤和塵埃佈局將顯得十分小,大約唯一數十光年的寬度。可是近期兩項研究終究讓我們對超大質量黑洞的增長和進化產生更深切的熟悉。

  扭轉的「甜甜圈」

  天文學家利用活躍星系核「統一模子」來描寫攝食黑洞四周的結構,人們認為,這類佈局和它的標的目的影響我們所觀測到的,這就是為什麼並非所有活躍星系核看上去都溝通。該構造的一部分是佈滿塵土、甜甜圈狀的物資環——環抱黑洞的氣體和灰塵,根據其地點偏向,從觀測角度遮擋部門或全部構造。

  今朝,天文學家基於阿塔卡瑪大型毫米波天線陣千裏鏡(ALMA)觀測的高解析度圖象,首次在超大質量黑洞四周發現一個扭轉的塵埃環。他們的觀測目標是螺旋星系M77中間,它距離地球4700萬光年,位於鯨魚星座,他們經由過程ALMA望遠鏡,可以或許辨認發現星系中間環抱黑洞的氣體灰塵連系著氫氰酸份子(HCN)和甲酰基份子(HCO+)噴射物,對準一個密集環抱中心黑洞的「甜甜圈」構造。今朝,這項最新研究呈文揭曉在近期出書的《天體物理學快報》上。

  該項研究報告作者、日本國度天文台Masatoshi Imanishi說:「為領會釋活躍星系核的各類觀測特徵,天文學家已假設活躍超大質量黑洞四周存在雷同甜甜圈的塵埃氣體扭轉佈局,然而塵土氣體環狀佈局從外觀上長短常微小的,基於ALMA千裏鏡的高解析度圖象,目前我們可以或許直接觀測到該構造。」

由塵土物資構成的超大質量黑洞圓環(橙黃色部份)環抱吸積盤和奇點(藝術家想像的黑色部份)。

  這個甜甜圈佈局位於一個700光年寬度絲狀半環物資結構當中,它本身直徑大約20光年,與複雜的M77星系比擬,僅是一個非常小的太空區域。經由過程ALMA千裏鏡觀測闡發,研究小組能夠發現甜甜圈構造中物資出現多普勒頻移(Doppler shifting),一些物資闊別地球,一些物資朝向地球,這是産生旋轉的一個顯著標誌。

  這一顯著標誌也帶來額外的複雜性,甜甜圈構造能依照預期方式進行扭轉,然則它具有必然的過錯稱性,此中部分構造産生扭轉並具有方向隨便性特徵。xyz xyz研究小組認為,這多是一個傾覆性的跡象,例如:該星系曾與另外一個較小的星系産生合併。要確定星系及其活躍星系核的歷史,仍需要進行更多的工作,當前最新研究初次觀測的扭轉環狀佈局,是研究星系和超大質量黑洞的一個重要環節。

  釋放能量

  很多活躍星系核都沿著扭轉軸噴射物質流,關於釋放物資流的機制,和何種物資組成噴射流,科學家對此了解甚少。然則基於這類噴射流相幹磁場丈量的最新模子表明,當物資流向太空噴射時,黑洞可能損失扭轉動能。

  該模子是由莫斯科物理科學手藝研究所基礎和宇宙相對天體運用研究嘗試室天體物理學家研製的,成績表明極強噴射流的能量與黑洞本身扭轉密切相幹,並向天文學家供應可丈量特徵用於測試該理論概念。這項最新研究報告揭橥在2017年12月22日出書的《天文學和太空科學前沿》雜誌上。

  科學家認為黑洞可以或許扭轉,就像恆星和行星一樣,當物質從吸積盤流入黑洞時,黑洞接收了角動量,而且扭轉速度更快。xyz xyz這類效應可在年青恆星上觀察到,它們被雷同的吸積盤困繞著。可是新生恆星旋轉速度太慢,由於它們接收必然的角動量,角動量可以或許驅動恆星的噴射流,不異的曆程也存在於黑洞周圍。

  左圖是ALMA千裏鏡數據顯示,環抱中間超大質量黑洞直徑700光年的馬蹄狀區域分子和離子的噴射物;右圖是丈量黑洞四周20光年直徑多普勒頻移現象,紅色部分顯示闊別地球的活動,藍色部份顯示朝向地球的活動。

  但為了證實這一點,天文學家需要測量黑洞落空幾許扭轉能量,但這長短常堅苦的。同樣地,丈量吸積盤物資的「磁通量」數目品級,可以評估出旋轉能量的損失,但這也長短常難以丈量的。今朝,這項最新模型和近期其它更先輩的黑洞噴射模子提出了一個「代理」:丈量噴射流磁場,然後連系在需要驅動噴射流的扭轉動能數目上。

  噴射流磁場可以被測量,這是因為磁通量是守恆的,經由過程丈量噴射流品級,我們也能探測到黑洞四周的磁通量。目前,這項研究使天文學家將磁場噴射流與黑洞扭轉損失聯繫在一路,並經由過程嘗試來驗證我們對黑洞及其四周環狀結構和噴射流的理解是不是准確,或我們仍需要進一步改進提高。

  2017年4月視界千裏鏡(Event Horizon Telescope)用了一周半的時候搜集銀河系超大質量黑洞,和橢圓星系M87中大型黑洞的相幹數據,不久我們可能不僅初次拍攝到一個超大質量黑洞四周的圓環佈局,還能觀測到黑洞視界的邊緣。作為一位天體物理學家,這將是一個使人激動人心的時刻。(葉傾城)



以下內文出自: http://news.sina.com.tw/article/20180305/26010716.html
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