M87超大質(zhì)量黑洞的亮度峰值一年移動(dòng)30度
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M87超大質(zhì)量黑洞的亮度峰值一年移動(dòng)30度。鳴謝:uux.cn/視界望遠(yuǎn)鏡聯(lián)盟
（神秘的量黑亮度地球uux.cn）據(jù)萊頓大學(xué)：M87超大質(zhì)量黑洞周圍光環(huán)的亮度峰值在一年內(nèi)逆時(shí)針移動(dòng)了30度。事件視界望遠(yuǎn)鏡聯(lián)盟發(fā)布的峰值新圖像顯示了這一點(diǎn)。
荷蘭天文學(xué)家參與的年移事件視界望遠(yuǎn)鏡（EHT）合作項(xiàng)目利用2018年4月的觀測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)布了M87*的新圖像，M87 *是大質(zhì)洞的動(dòng)度梅西耶87星系中心的超大質(zhì)量黑洞。隨著新委托的量黑亮度格陵蘭望遠(yuǎn)鏡的參與和整個(gè)陣列記錄率的大幅提高，2018年的峰值觀測(cè)使我們看到了獨(dú)立于2017年首次觀測(cè)的源。
最近發(fā)表在《天文學(xué)與天體物理學(xué)》雜志上的年移一篇題為“M87超大質(zhì)量黑洞的持久陰影”的論文展示了2018年數(shù)據(jù)的新圖像，揭示了一個(gè)與2017年觀察到的大質(zhì)洞的動(dòng)度相同大小的熟悉環(huán)。正如廣義相對(duì)論所預(yù)測(cè)的量黑亮度那樣，這個(gè)明亮的峰值環(huán)圍繞著一個(gè)深深的中央凹陷，“黑洞的年移陰影”。令人興奮的大質(zhì)洞的動(dòng)度是，與2017年的量黑亮度圖像相比，環(huán)的峰值亮度峰值移動(dòng)了約30°，這與我們對(duì)黑洞周圍湍流物質(zhì)可變性的理論理解一致。
黑洞的陰影
“科學(xué)的一個(gè)基本要求是能夠重現(xiàn)結(jié)果，”臺(tái)灣中央研究院天文與天體物理研究所副研究員淺田敬一博士說(shuō)。“在一個(gè)全新的數(shù)據(jù)集中確認(rèn)這個(gè)環(huán)是我們合作的一個(gè)巨大里程碑，也有力地表明我們正在觀察一個(gè)黑洞陰影及其周圍的物質(zhì)。”
2017年，EHT拍攝了第一張黑洞圖像。這個(gè)天體M87*是巨型橢圓星系梅西耶87的跳動(dòng)心臟，距離地球5500萬(wàn)光年。黑洞的圖像揭示了一個(gè)明亮的圓形環(huán)，在環(huán)的南部更亮。對(duì)數(shù)據(jù)的進(jìn)一步分析還揭示了M87*在偏振光中的結(jié)構(gòu)，使我們能夠更好地了解磁場(chǎng)的幾何形狀和黑洞周圍等離子體的性質(zhì)。
對(duì)2017年M87*觀測(cè)結(jié)果的廣泛分析開(kāi)創(chuàng)了黑洞直接成像的新時(shí)代，開(kāi)啟了一個(gè)新的窗口，讓我們可以研究黑洞天體物理，并從根本上測(cè)試廣義相對(duì)論。我們的理論模型告訴我們，M87*周圍的物質(zhì)狀態(tài)在2017年和2018年之間應(yīng)該是不相關(guān)的。因此，對(duì)M87*的多次觀測(cè)將幫助我們對(duì)黑洞周圍的等離子體和磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行獨(dú)立的約束，并幫助我們從廣義相對(duì)論的影響中理清復(fù)雜的天體物理學(xué)。
格陵蘭和墨西哥的望遠(yuǎn)鏡
為了幫助實(shí)現(xiàn)新的和令人興奮的科學(xué)，EHT正在不斷發(fā)展。格陵蘭望遠(yuǎn)鏡于2018年首次加入EHT，僅在北極圈上空建造完成五個(gè)月后。這臺(tái)新望遠(yuǎn)鏡顯著提高了EHT陣列的圖像保真度，擴(kuò)大了覆蓋范圍，特別是在南北方向。大型毫米望遠(yuǎn)鏡也首次以其50米的完整表面參與，大大提高了其靈敏度。EHT陣列也進(jìn)行了升級(jí)，可以在230 GHz左右的四個(gè)頻段進(jìn)行觀測(cè)，而2017年只有兩個(gè)頻段。
使用改進(jìn)的陣列進(jìn)行重復(fù)觀察對(duì)于證明我們發(fā)現(xiàn)的穩(wěn)健性和增強(qiáng)我們對(duì)結(jié)果的信心至關(guān)重要。除了開(kāi)創(chuàng)性的科學(xué)之外，EHT還作為高頻無(wú)線電干涉測(cè)量技術(shù)前沿發(fā)展的技術(shù)試驗(yàn)臺(tái)。
西班牙安達(dá)盧西亞天文研究所（IAA-CSIC）的博士生羅漢·達(dá)海爾說(shuō):“推進(jìn)科學(xué)事業(yè)需要不斷提高數(shù)據(jù)質(zhì)量和分析技術(shù)。”“將格陵蘭望遠(yuǎn)鏡納入我們的陣列填補(bǔ)了我們地球大小望遠(yuǎn)鏡的關(guān)鍵空白。2021年、2022年和即將到來(lái)的2024年觀測(cè)見(jiàn)證了陣列的改進(jìn)，激發(fā)了我們推動(dòng)黑洞天體物理學(xué)前沿的熱情。”
獨(dú)立的成像和建模技術(shù)
對(duì)2018年數(shù)據(jù)的分析采用了八種獨(dú)立的成像和建模技術(shù)，包括2017年M87*分析中使用的方法以及從合作分析Sgr A*的經(jīng)驗(yàn)中開(kāi)發(fā)的新方法。
2018年拍攝的M87*的圖像與我們?cè)?017年看到的圖像非常相似。我們看到一個(gè)相同大小的亮環(huán)，中心區(qū)域較暗，環(huán)的一側(cè)比另一側(cè)亮。M87*的質(zhì)量和距離在人的一生中不會(huì)明顯增加，因此廣義相對(duì)論預(yù)測(cè)環(huán)的直徑應(yīng)該每年保持不變。2017年至2018年圖像中測(cè)量直徑的穩(wěn)定性有力地支持了M87*由廣義相對(duì)論很好描述的結(jié)論。
加州理工學(xué)院（Caltech）前研究生、現(xiàn)為加州噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室博士后的Nitika Yadlapalli Yurk博士說(shuō):“黑洞的顯著特性之一是它的半徑僅強(qiáng)烈依賴于一個(gè)量:它的質(zhì)量。”“由于M87*沒(méi)有快速吸積物質(zhì)（這會(huì)增加其質(zhì)量），廣義相對(duì)論告訴我們，它的半徑在人類歷史上保持不變。看到我們的數(shù)據(jù)證實(shí)了這一預(yù)測(cè)，這相當(dāng)令人興奮。”
雖然黑洞陰影的大小在2017年至2018年期間沒(méi)有變化，但環(huán)周圍最亮區(qū)域的位置確實(shí)發(fā)生了顯著變化。明亮的區(qū)域逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)了大約30度，在大約5點(diǎn)鐘的位置停留在環(huán)的右下部分。使用靈敏度較低的陣列和較少的望遠(yuǎn)鏡對(duì)M87*進(jìn)行的歷史觀測(cè)也表明，陰影結(jié)構(gòu)每年都在變化，但精度較低。雖然2018年EHT陣列仍然無(wú)法觀測(cè)到M87*中出現(xiàn)的噴流，但從環(huán)周圍最亮區(qū)域的位置預(yù)測(cè)的黑洞自旋軸與其他波長(zhǎng)下看到的噴流軸更一致。
根據(jù)預(yù)測(cè)
“最大的變化是亮度峰值在光環(huán)周圍移動(dòng)，這實(shí)際上是我們?cè)?019年發(fā)表第一批結(jié)果時(shí)預(yù)測(cè)到的，”臺(tái)灣中央研究院天文與天體物理研究所博士后布里特·杰特博士說(shuō)。
“雖然廣義相對(duì)論認(rèn)為環(huán)的大小應(yīng)該保持相當(dāng)固定，但黑洞周圍混亂無(wú)序的吸積盤(pán)發(fā)出的輻射將導(dǎo)致環(huán)中最亮的部分圍繞一個(gè)共同的中心擺動(dòng)。隨著時(shí)間的推移，我們看到的擺動(dòng)量可以用來(lái)測(cè)試我們對(duì)黑洞周圍磁場(chǎng)和等離子體環(huán)境的理論。”