天体物理学家首次发现了5000万光年外黑洞磁场的精细结构。

科学家对最靠近星系中心的超大质量黑洞Messier 87(M87)的新视图进行分析,显示了黑洞附近磁场的重要细节,并暗示了该区域如何产生强大的物质喷流。

一个国际天文学家小组使用视界望远镜来测量黑洞周围的磁场特性,称为极化。极化是光和无线电波中电场的方向,可以表示磁场的存在和排列。事件视界望远镜是由八个射电望远镜组成的,包括智利阿塔卡马的大型毫米波/亚毫米波阵列(ALMA)。

EHT偏振测量工作组协调员、荷兰雷德堡大学副教授莫妮卡?Cibrodzka说:“我们现在看到了下一个关键证据,以理解黑洞周围的磁场如何表现,以及在这个非常紧凑的空间区域中的活动如何驱动强大的喷流。”

EHT和阿尔玛拍摄的新图像使科学家能够在M87黑洞边缘附近绘制磁力线。这个黑洞也是历史上第一次被成像——由EHT在2019拍摄。这张图片显示了一个明亮的环状结构,中间有一个黑暗的区域——黑洞的影子。最新的图像是解释距离地球5000万光年的M87如何从其核心发出高能喷流的关键。

M87中心黑洞的质量是太阳的60多亿倍。被吸入的物质形成了一个旋转的圆盘-称为吸积盘-它紧密地围绕着黑洞运行。盘中的大部分物质落入黑洞,但其周围的一些粒子逃脱,并以接近光速的速度被喷射到太空中。普林斯顿理论科学中心和普林斯顿重力项目的美国国家航空航天局·哈勃研究员安德鲁·切尔(Andrew Chael)说:“新发表的偏振图像是理解磁场如何使黑洞‘吞噬’物质并发出强大喷流的关键。”

科学家们将显示黑洞外部磁场结构的新图像与基于不同理论模型的计算机模拟进行了比较。他们发现,只有以强磁化气体为特征的模型才能解释他们在视界望远镜中看到的现象。

“观测结果表明,黑洞边缘的磁场足够强,可以推回热气体,并帮助它克服重力。”科罗拉多大学博尔德分校副教授、EHT理论工作组协调员杰森·德克斯特(Jason Dexter)解释说:“只有滑过磁场的气体才能向内旋转到事件视界。”

为了进行新的观测,科学家们将世界各地的八台望远镜连接起来——包括ALMA——以创建一个虚拟的地球大小的望远镜,即EHT。该计划将望远镜的角度分辨率提高到足以观察事件视界尺度结构的水平。这种分辨率使研究小组能够直接观察到黑洞的阴影及其周围的晕圈,新图像清楚地显示晕圈被磁化。这些结果发表在《天体物理学杂志》的两篇论文中,该杂志是由EHT共同赞助的。这项研究涉及来自世界各地许多组织和大学的300多名研究人员。

第三篇论文也发表在同一卷《天体物理学杂志快报》上,基于ALMA的数据,由来自荷兰拉德堡大学和莱顿天文台的科学家Ciriaco Goddi领导。戈迪说:“来自EHT和阿尔玛的综合信息使科学家能够研究从事件视界附近到星系核心以外的磁场的作用,沿着其强大的喷流延伸数千光年。”