天文學家捕捉到了人馬座 A* (Sgr A*) 周圍的偏振光和磁場的首張影像，人馬座 A* 是銀河系中心的超大質量黑洞。
這項利用 事件視界望遠鏡 (EHT) 進行的歷史性觀測表明，整齊有序的磁場與 星系 M87 中心的超大質量 黑洞 周圍的磁場具有相似之處。考慮到人馬座 A* 的質量約為太陽的 430 萬倍，而 M87* 則更加龐大，質量相當於約 65 億個太陽，這令人驚訝。
因此，EHT 對 人馬座 A* 的新觀測表明，強大且組織良好的磁場可能是所有黑洞的共同特徵。此外，由於 M87* 的磁場驅動著強大的外流或“噴流”，因此結果暗示人馬座 A* 可能也隱藏著一條微弱的噴流。
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哈佛-史密森天體物理學中心 (CfI) 的研究聯合負責人和 NASA 哈勃獎學金計劃愛因斯坦學者薩拉·伊薩昂 (Sara Issaoun) 告訴 Space.com：“這張我們銀河系中心黑洞人馬座 A* 的新影像告訴我們，黑洞附近存在強大、扭曲且有序的磁場。”“長期以來，我們一直認為磁場在黑洞如何吞噬物質並在強大的噴流中噴射物質方面發揮著關鍵作用。”
“這張新影像，以及在更大、更強大的 M87* 黑洞中看到的驚人相似的偏振結構，表明強大且有序的磁場對於黑洞如何與周圍的氣體和物質相互作用至關重要。”
比較兩個巨型黑洞的磁性
EHT 由全球各地的許多望遠鏡組成，包括 阿塔卡瑪大型毫米波/亞毫米波陣列 (ALMA)，它們共同構成了一個地球大小的望遠鏡，這對於創造科學歷史來說並不陌生。
2017 年，EHT 捕捉到了黑洞及其環境的首張影像，為距離地球約 5350 萬光年的 M87* 成像。在這張影像於 2019 年向公眾釋出兩年後，EHT 合作組織再次釋出了 M87* 黑洞周圍偏振光的首張影像。
當光波的定向以特定角度定向時，就會發生偏振。等離子體在黑洞周圍快速運動產生的磁場會以與自身成 90 度角的方向偏振光。這意味著觀察 M87* 周圍的偏振光使科學家能夠首次“看到”黑洞周圍的磁場。
緊隨其後的是 2022 年公佈的 EHT 也對距離 地球 更近的超大質量黑洞（僅 27,000 光年遠）人馬座 A* 進行了成像，銀河系就是圍繞人馬座 A* 形成的。
現在，EHT 終於為科學家提供了偏振光影像，從而也提供了這個超大質量黑洞周圍磁場的影像。
伊薩昂說：“偏振光告訴我們關於磁場、氣體特性以及黑洞吞噬物質時發生的機制。”“考慮到人馬座 A* 成像的額外挑戰，我們首先能夠獲得偏振影像就已令人驚訝！”
儘管人馬座 A* 離地球更近，但這些挑戰仍然存在，因為銀河系超大質量黑洞的尺寸較小意味著，以接近 光速 圍繞它快速運動的物質很難成像。M87* 大得多，這意味著物質雖然以大致相同的速度運動，但完成一個迴路需要更長的時間，這使得 EHT 更容易捕捉到它。
克服這些困難意味著現在可以在超大質量黑洞譜兩端的兩個黑洞之間進行比較，一個黑洞的質量是太陽的數十億倍，另一個黑洞的質量是太陽的數百萬倍。最初的結論是，這些磁場彼此非常相似。
伊薩昂說：“這種相似性尤其令人驚訝，因為 M87* 和人馬座 A* 是非常不同的 黑洞。”“M87* 是一個非常特殊的黑洞：它的質量為 60 億個太陽質量，它位於一個巨大的橢圓星系中，並且它噴射出強大的等離子體噴流，在所有波長下都可見。”
“另一方面，人馬座 A* 非常普通：它的質量為 400 萬個太陽質量，它位於我們普通的螺旋星系銀河系中，而且它似乎根本沒有噴流。”
伊薩昂解釋說，僅透過觀察偏振光的部分，該團隊就期望瞭解 M87* 和人馬座 A* 磁場的不同特性。
伊薩昂補充說：“也許一個會更有序更強大，而另一個會更無序更弱。”“然而，因為它們看起來再次相似，所以現在非常清楚，這兩類不同的黑洞具有非常相似的磁場幾何形狀！”
結果表明，對人馬座 A* 進行更深入的研究可能會揭示迄今為止尚未發現的特徵。
銀河系的超大質量黑洞是否正在發射一條隱藏的噴流？
人馬座 A* 的偏振光以及整齊而強大的磁場，以及它們與 M87* 的磁場非常相似的事實，可能表明我們中心的黑洞一直在對我們隱藏一個秘密，直到現在。
伊薩昂解釋說：“我們預計強大而有序的磁場將與噴流的發射直接相關，正如我們在 M87* 中觀察到的那樣。”“由於沒有觀察到噴流的人馬座 A* 似乎也具有非常相似的幾何形狀，也許人馬座 A* 中也潛伏著一條噴流，等待被觀察到，這將非常令人興奮！”
天文學家對沒有看到來自人馬座 A* 的噴流並不感到非常驚訝。那是因為 M87* 周圍環繞著大量的氣體和塵埃，它每年消耗相當於兩到三個太陽的物質。這意味著其磁場有足夠的物質可以引導到兩極並噴射出噴流。
另一方面，人馬座 A* 消耗的物質非常少，相當於一個 人類每百萬年吃一粒米。這些觀測結果表明，我們正在節食的超大質量黑洞可能仍然有一條噴流；只是很難看到它。
伊薩昂說：“有很多證據表明黑洞在過去可能存在外流甚至噴流，但由於 銀河中心 環境的複雜性，人馬座 A* 中的噴流從未被成像。”“發現噴流將是我們黑洞的一個重大發現，也是它在我們 銀河系 歷史中的一個聯絡。”
她補充說，發射這些噴流的過程是整個宇宙中最具能量的機制，它對星系的中心產生巨大影響，例如，清除誕生恆星所需的氣體和塵埃，並影響星系的生長和演化。這意味著發現從人馬座 A* 中噴出的噴流將影響我們對 銀河系演化成天文學家今天觀察到的形狀 的理解。
伊薩昂繼續說道：“如此大規模的破壞可能由星系中如此小的核心引起，這真是令人震驚，而這一切都始於中心黑洞的邊緣，在那裡，磁場佔據主導地位。”
伊薩昂說，透過這兩張非常不同的黑洞的偏振影像，科學家們現在有了非常有力的證據表明，強大的磁場在這些宇宙巨頭中無處不在。
她說：“下一步是弄清楚這種幾何形狀如何與這些系統的移動、演化和爆發聯絡起來。”
EHT 將於 4 月初啟動其 2024 年觀測活動，該合作組織希望透過在不同的光頻率下觀測 M87* 和人馬座 A* 等熟悉的黑洞，獲得它們的多色檢視。
伊薩昂補充說：“在未來十年，下一代 EHT 工作旨在增加更多望遠鏡，以填補我們的 地球大小的虛擬鏡面，並更頻繁地進行觀測。”“隨著 EHT 的這些擴充套件，我們將能夠製作黑洞的偏振電影，並將直接觀察 M87* 黑洞及其噴流之間的動態。”
此外，CFI 研究員表示，EHT 最終可能會獲得一些空間輔助來觀測黑洞及其動態。一個可能有助於此的擬議任務是黑洞探測器 (BHEX) 任務概念，該概念在地球上的 EHT 陣列中增加了一個空間望遠鏡。
伊薩昂總結道：“黑洞旋轉的程度，即它們的自旋，被認為與黑洞附近的磁場看起來的樣子以及它們如何發射噴流直接相關。”“藉助 BHEX，我們可以為黑洞的清晰光子環特徵成像。這個光子環編碼了黑洞周圍時空的特性，包括黑洞的自旋！”
EHT 團隊的研究於週三（3 月 27 日）發表在 《天體物理學雜誌快報》上。
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