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人类首张黑洞照片公布一周年:我们甚至拍到了黑洞「打喷嚏」会拐弯

2020-04-13 作者:

一年前,2019年4月10日,视界望远镜小组发布了M87星系核心黑洞的第一张照片。现在,该小组从视界望远镜的数据中发现了关于遥远类星体3C 279的新信息。他们观察了类星体核心的超大质量黑洞发出的喷流,并将类似观察的“图像质量”提高到了鹅的水平。这项工作由马克斯·普朗克射电天文学研究所(波恩马克斯·普朗克射电天文学研究所)的宰-金英光领导。通过这项研究,他们最终能够追溯到喷流的起点,该点靠近电磁波谱整个波段发生剧烈辐射变化的区域。

在第一张黑洞照片出版一周年之际,这项研究成果最近正式发表在《天文学和天体物理学》杂志上。

事实上,自2017年4月以来,事件地平线望远镜团队一直在从世界各地的观测数据中不断挖掘信息。观察目标之一离我们有50亿光年远。它位于处女座,是一个叫做3C 279的类星体。选择这个天体不仅是因为它非常明亮,还因为它的核心伴随着闪烁。在其中心的巨大黑洞一直在大口大口地吞咽气体。这个黑洞的质量相当于十亿个太阳的质量。两个看起来像消防水管的等离子射流从黑洞附近的吸积盘结构中爆发出来。这架喷气式飞机速度如此之快,几乎可以赶上光速。黑洞的巨大引力会吞噬物质并产生非常大的力,从而将等离子体加速到接近光速。

成为一名拍摄黑洞喷流照片的摄影师并不容易。为此,视界望远镜使用了一种特殊的技术:甚长基线干涉测量法(VLBI)。简而言之,它能让分散在世界各地的望远镜互相连接,同时观察同一个天体。通过这种技术,这些“小”镜子形成了一个与地球大小相同的“大”望远镜。视界望远镜只能分辨角距只有20微角秒的天体。比方说,它就像一个站在月球上的人,在地球的火车站台上可以看得很清楚,父亲手里拿着一个橘子。

事件地平线望远镜的“小型”望远镜收集的数据将被送到指定地点,如麻省理工学院的马克斯·普朗克无线电研究所和干草堆天文台。在那里,超级计算的机会正等着他们,打包他们,打包他们。这些打包的数据将由参加战争的专家进行仔细的校准和分析。这一系列的工作使得事件地平线望远镜小组的科学家们能够提出最好的图片质量的观测照片,可以在地面上获得。

对于3C 279观测,视界望远镜甚至可以在一光年内捕捉到这个类星体的详细特征。当观测达到这一精度时,天文学家可以追踪喷流的方向,追踪它到吸积盘的位置,甚至可以看到喷流和吸积盘在运动。最新发布的数据显示,看起来像一条直线的喷流在其根部扭曲。这是意料之外的。当天文学家分析数据时,他们甚至在喷流和垂直圆盘表面的交界处看到了一些特征,这可能是喷流开始的吸积盘的轴。这些照片中的细节每天都在变化。这些变化可能是由吸积盘的旋转引起的。物质被撕裂,然后崩溃。数值模拟已经预测到了这一现象,但之前没有人观察过。

这篇论文的第一作者,马普无线电研究所的金哲勇对这个结果很兴奋,但同时他也有点困惑:我们都很清楚,每当我们打开一扇了解宇宙的新窗户,我们就能发现一些我们以前不知道的东西。这一次,我们想探索喷射形成的地方,以最高的精度和最好的图像质量拍摄一张照片,然后我们发现了一个垂直结构。就像你打开俄罗斯塔瓦,一层一层地打开它,结果是最里面的塔瓦看起来特别和独特(嘟着嘴,没有塔瓦!).

Avery Broderick是一名天体物理学家,在圆的理论物理研究所工作。他这样解释道:对于3C 279研究来说,“事件地平线望远镜”革命性的分辨能力和用于分析这些观测数据的全新计算方法的结合非常具有启发性。最初我们只能观察到一个单一的无线电“核心”(也许只有一个像素),但现在我们可以把它分成两个独立的复合体。最重要的是,在像月球这样小的尺度上(小于1光年),它仍然可以移动,我们还可以看到3C 279喷气式飞机以99.5%的光速飞行!

因为3C 279的喷射速度如此之快,似乎达到了光速的20倍。哈佛-史密森天体物理中心的博士后研究员多姆·佩斯解释了这一现象:“这种奇怪的光幻觉是因为这些物质向我们跑来而产生的。当我们捕捉到它们发出的光时,它们看起来比自己还快。”这种意想不到的结构可能预示着冲击波的存在,也可能是一种弯曲的旋转射流。这也可以解释为什么它可以在高能带,如伽马射线带被观察到。

安东·森苏斯是马克斯·普朗克无线电研究所所长和视界望远镜委员会主席。他强调,这一成就是通过全球合作实现的。“去年我们发布了第一张黑洞阴影照片。现在,我们已经看到了3C 279喷气式飞机形状的意外变化。我们去年说过:这只是开始。ゥ

"视界望远镜阵列将继续变得更强. "这是事件地平线望远镜的第一代负责人谢普·多勒曼的观点。“对类星体的最新研究结果准确地表明,视界望远镜具有独特的能力。它可以在许多科学问题上发挥作用。随着我们在阵列中增加新的望远镜,阵列将变得越来越强大。我们的团队已经开始开发下一代“事件地平线望远镜”阵列。下一代“事件地平线望远镜”将大大增强我们分析黑洞的能力,并使我们能够制作第一个黑洞的视频(mom)。ゥ;ж

按照惯例,事件地平线望远镜将在北半球的春天每年观测一次事件。然而,由于全球范围内新发肺炎疫情的爆发,原定于2020年3月和4月的观察活动不得不取消。

当宣布取消这一轮观测时,事件地平线望远镜项目副主任天文学家迈克尔·赫特总结道:“我们将全力以赴公布基于2017年数据的学术成果。我们还将深入分析2018年升级的“事件地平线望远镜”阵列的数据。我们期待着明年春天的观测。随着更多观测站的增加,明年我们将使用由11个观测站组成的扩大的“事件地平线望远镜”阵列进行观测。ゥ

原件:金俊英,克里什鲍姆,等:《〈天文与天体物理学〉中的“以20微弧度秒分辨率对原型BL Azar 3C279的事件地平线望远镜成像》(2020年4月7日)

这篇文章是根据quatar3c279的核心目录汇编的。

#背景材料

2019年4月10日,事件地平线望远镜团队通过构建一个地球大小的虚拟望远镜,发布了第一张射电星系M87核心的黑洞照片。这是人类第一次有能力拍摄黑洞照片。在众多国际投资的支持下,事件地平线望远镜已经将现有的望远镜与一个新系统连接起来——一个迄今为止分辨率最高的新设备诞生了。

构成事件地平线望远镜的望远镜成员包括:阿塔卡马大型毫米波望远镜(阵列)、阿塔卡马探路者实验阵列、绿色海岸望远镜(从2018年开始)、毫米波无线电研究所30米望远镜、毫米波无线电研究所扩展毫米波阵列(预计在2021年加入)、基特峰望远镜(预计在2021年加入)、詹姆斯·克拉克·麦克斯韦望远镜(亚毫米波)、大型毫米波望远镜、亚毫米波阵列(美国)、亚毫米波望远镜(美国)和南极望远镜。

编辑:NKXXX

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