天文学家揭示银河系中心黑洞边缘螺旋形状的强磁场

事件视界望远镜（EHT）合作团队的一张新图像揭示了从超大质量黑洞人马座A*（Sgr A*）边缘螺旋形状的强磁场和有组织的磁场结构。这是首次以偏振光观测到这种现象，这一全新视角揭示了潜伏在银河系中心的黑洞怪兽的磁场结构，与M87星系中心黑洞的磁场结构惊人相似，暗示强磁场可能是所有黑洞的共同特征。这种相似性也暗示着人马座A*中可能隐藏着喷流。这些研究结果今天（）发表在《天体物理学杂志快报》上。

科学家们于2022年首次揭示了Sgr A的图像——它距离地球大约2.7万光年——显示出虽然银河系的超大质量黑洞比M87的要小得多、质量也小得多，但它们的外观却非常相似。这让科学家们开始怀疑这两者除了外观之外是否还有共同的特征。为了找出答案，团队决定用偏振光研究Sgr A。之前关于M87周围光线的研究表明，黑洞巨人周围的磁场使其能够将强大的物质喷流发射回周围环境。基于这项工作，新的图像揭示了Sgr A可能也是如此。

事件视界望远镜（EHT）合作团队，他们于2022年首次发布了我们银河系黑洞的图像，现在捕捉到了我们银河系中心巨大天体的新视角：偏振光下的样子。这是天文学家首次能够测量到接近人马座A*边缘的偏振现象，偏振是磁场的一个标志。这张图像展示了银河系黑洞的偏振视图。线条标记了偏振的方向，这与黑洞阴影周围的磁场有关。图像来源：EHT合作团队

“我们现在看到的是，在银河系中心的黑洞附近存在强烈、扭曲且有组织的磁场，”哈佛-史密森尼天体物理中心的NASA哈勃奖学金计划爱因斯坦研究员、项目联合负责人萨拉·伊萨翁说。“除了人马座A的偏振结构与更大、更强大的M87黑洞的偏振结构惊人地相似外，我们还了解到强烈且有序的磁场对黑洞与周围气体和物质的相互作用至关重要。”

光是一种振荡的或移动的电磁波，使我们能够看到物体。有时，光在一个特定方向上振荡，我们称之为“偏振”。虽然偏振光环绕着我们，但对人眼来说，它与“普通”光无法区分。在这些黑洞周围的等离子体中，围绕磁场线旋转的粒子赋予了与场垂直的偏振模式。这使天文学家能够越来越清晰地看到黑洞区域发生的事情，并绘制出它们的磁场线。

哈佛黑洞倡议研究员、项目联合负责人安杰洛·里卡特说：“通过成像黑洞附近发光热气体的偏振光，我们直接推断出穿过黑洞吞噬和喷射的气体和物质流的磁场的结构和强度。”“偏振光教会我们更多关于天体物理学、气体的性质以及黑洞进食时发生的机制。”

但是，用偏振光成像黑洞并不像戴上一副偏振太阳镜那么简单，尤其是对于变化如此之快以至于无法静止拍照的人马座A来说。成像超大质量黑洞需要比捕捉更稳定的目标M87更复杂的工具。台湾中央研究院天文及天体物理研究所的EHT项目科学家杰弗里·鲍尔说：“制作偏振图像就像在你只看到封面之后打开了书。因为人马座A在我们试图拍摄它的照片时会移动，即使是非偏振图像也很难构建，”他补充说，第一张图像是由于人马座A的运动而得到的多张图像的平均值。“我们很欣慰偏振成像甚至是可能的。一些模型过于混乱和湍流，无法构建偏振图像，但自然并非如此残酷。”

科学家们很兴奋能够拥有两个超大质量黑洞的偏振光图像，因为这些图像及其随附的数据提供了比较和对比不同大小和质量黑洞的新方法。随着技术的改进，图像可能会揭示更多黑洞的秘密及其相似之处或差异。

图像来源：EHT合作团队

意大利那不勒斯费德里科二世大学教授、EHT副项目科学家Mariafelicia De Laurentis说：“M87的磁场结构与Sgr A如此相似，这一事实具有重要意义，因为它暗示着控制黑洞吸积和喷射物质的物理过程可能在超大质量黑洞中是普遍存在的，尽管它们在质量、大小和周围环境方面存在差异。这一结果使我们能够改进理论模型和模拟，提高对黑洞事件视界附近物质受影响方式的理解。”

自2017年以来，EHT已进行了多次观测，并计划于2024年4月再次观测Sgr A*。随着EHT每年引入新的望远镜、更大的带宽和新的观测频率，图像质量不断提高。未来十年的计划扩展将使我们能够制作高保真度的Sgr A*影片，可能揭示隐藏的喷流，并允许天文学家观测其他黑洞中类似的偏振特征。与此同时，将EHT延伸到太空将提供前所未有的更清晰的黑洞图像。

更多信息 EHT合作团队包括来自非洲、亚洲、欧洲、北美和南美的300多名研究人员。这一国际合作致力于通过创建一个虚拟的地球大小望远镜来捕捉有史以来最详细的黑洞图像。在大量国际投资的支持下，EHT通过新颖的系统连接现有望远镜——创造了一种具有迄今为止最高角分辨率的全新仪器。

2017年4月进行观测时，参与EHT的个别望远镜包括：阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列（ALMA）、阿塔卡马路径探索者实验（APEX）、米波射电天文学研究所（IRAM）30米望远镜、詹姆斯·克拉克·麦克斯韦望远镜（JCMT）、阿方索·塞拉诺大型毫米望远镜（LMT）、亚毫米阵列（SMA）、亚利桑那大学亚毫米望远镜（SMT）和南极望远镜（SPT）。此后，EHT已将格陵兰望远镜（GLT）、IRAM北部扩展毫米阵列（NOEMA）和亚利桑那大学基特峰12米望远镜添加到其网络中。

EHT联盟由13个利益相关机构组成：中央研究院天文及天体物理研究所、亚利桑那大学、芝加哥大学、东亚天文台、法兰克福歌德大学、米波射电天文学研究所、大型毫米望远镜、马克斯·普朗克射电天文学研究所、麻省理工学院干草堆天文台、日本国立天文台、理论物理学边缘研究所、拉德伯德大学和史密森尼天体物理天文台。

这项研究发表在今天的《天体物理学杂志快报》上，由EHT合作团队撰写的两篇论文："First Sagittarius A* Event Horizon Telescope Results. VII. Polarization of the Ring" (https://doi.org/10.3847/2041-8213/ad2df0) 和 "First Sagittarius A* Event Horizon Telescope Results. VIII. Physical Interpretation of the Polarized Ring" (https://doi.org/10.3847/2041-8213/ad2df1)

参考

https://eventhorizontelescope.org/blog/astronomers-unveil-strong-magnetic-fields-spiraling-edge-milky-way’s-central-black-hole