首創的黑洞周圍磁場影像可能解釋了黑洞如何向太空噴射超過 5,000 光年的能量和物質射流。
新影像來自有史以來第一張黑洞照片，該黑洞位於梅西耶 87 星系中心，這是一個距離我們 5500 萬光年的巨型橢圓星系。 2017 年，一個由 300 多名研究人員組成的國際合作組織協調了全球 11 個射電望遠鏡來觀測 M87 的中心。由此產生的聯合望遠鏡被稱為事件視界望遠鏡 (EHT)。 2019 年釋出的結果是一張黑洞的影像，周圍環繞著一圈發光物質。
現在，一項新的資料分析顯示，發光圈中的光是部分偏振的，這意味著光波在單個平面內振動。 這是光穿過高溫磁化空間的特徵，它的存在意味著研究人員可以開始繪製黑洞邊緣的磁場。
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在兩篇新的論文中，科學家發現磁場可能足夠強大，可以將原本會無可挽回地墜入黑洞事件視界之外的物質推出去，這兩篇論文已發表 於今日（3 月 24 日）在《天體物理學雜誌》上發表。 結果：一股物質和能量流，像聚光燈一樣從黑洞及其周圍的星系中噴射出來。
“很多人長期以來一直在研究磁場如何讓氣體落入黑洞，它們如何發射噴流，而我們現在真的準備好開始直接用偏振黑洞影像來檢驗這些理論了，”科羅拉多大學博爾德分校的天體物理學家、EHT 理論工作組協調員傑森·德克斯特說。
偏振光
為了建立新的磁場圖，研究人員必須從非常嘈雜的資料集中挑選出偏振。 偏振光只是黑洞周圍整體光線的一部分，黑洞周圍的光線是由快速移動並相互摩擦的物質產生的，從而產生能量和光芒。 更重要的是，研究團隊必須將磁場訊號與地球大氣層在 11 個不同望遠鏡上以及這些望遠鏡內部儀器引入的誤差分離開來。
“從較大的誤差中挖掘出那些相對較弱的訊號並加以解釋是一項巨大的努力，”德克斯特告訴《生命科學》。
最初，看起來只有 1% 到 3% 的來自黑洞周圍的光是偏振的。 但隨著研究人員放大偏振部分，他們意識到發光環的 10% 到 20% 是偏振的。 德克斯特說，當對所有資料進行平均時，在一個方向上傳播的偏振光“抵消”了在相反方向上傳播的偏振光，因此偏振光的比例看起來人為地偏低。
磁性 結果來自圍繞黑洞旋轉的熱氣體。 隨著帶電氣體粒子旋轉，它們會增強磁場。 但研究人員發現，並非所有磁場都只是隨著螺旋形氣體旋轉。
“我們沒有看到如果磁場只是被氣體拖曳著圍繞黑洞旋轉時我們會期望看到的相同的偏振圖和影像，”德克斯特說。 “[磁場]之所以強大，是因為它可以抵抗被氣體拖曳著圍繞黑洞旋轉。”
逃離黑洞
天體物理學家長期以來一直懷疑，周圍的磁場在幫助黑洞增長以及向外噴射巨大的物質和能量射流方面都發揮著作用。 天體物理學家已經能夠測量噴流內的磁場，但這是他們第一次能夠直接觀察噴流底部的磁場。
“這裡的關鍵是試圖瞭解一旦磁場接近黑洞，它的結構如何，”德克斯特說。
德克斯特和他的同事試圖使用計算機模型將不同型別的磁場與 EHT 資料進行匹配。 他們發現，與 M87 資料匹配的磁場往往會產生強烈的噴流。
“有很多我們不知道的事情，我們應該謹慎，但這可能是一個有趣的訊號，表明磁場可能在黑洞的增長和噴流的發射中發揮著積極作用，”他說。
未來對 M87 核心黑洞的觀測將有助於解開這個謎團，因為隨著時間的推移的任何波動都將使研究人員能夠構建更詳細的磁場圖。 更多的觀測還將幫助他們消除資料中的失真，從而提供更清晰的影像。 德克斯特說，也沒有理由不能在我們的銀河系中心的黑洞上訓練 EHT。
“這是一個非常令人興奮的結果，瞭解更多關於這張黑洞影像以及 M87 中黑洞影像背後的物理特性，”他說。 “這僅僅是個開始。”
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