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望远镜联合无与伦比的著名黑洞观测

放大字体  缩小字体 发布日期:2021-05-01  浏览次数:15
核心提示:“我们知道黑洞的第一个直接影像将是开创性的,”日本国家天文台的田和一弘说,他是《天体物理学杂志快报》

2019年4月,科学家使用事件地平线望远镜(EHT)发布了M87星系中黑洞的第一张图像。然而,这一非凡的成就仅仅是科学故事的开端。

来自19个观测站的数据正在发布,这些数据有望对这个黑洞及其产生的系统提供无与伦比的洞察力,并可以改善对爱因斯坦广义相对论的检验。

“我们知道黑洞的第一个直接影像将是开创性的,”日本国家天文台的田和一弘说,他是《天体物理学杂志快报》上发表的一项新研究的合著者,描述了大量数据。“但是要充分利用这张出色的图像,我们需要通过观察整个电磁频谱来了解当时有关黑洞行为的所有信息。”

超大质量黑洞的巨大引力可以为粒子射流提供动力,这些粒子以接近光速的速度行进很远的距离。M87的喷头产生的光线覆盖了整个电磁频谱,从无线电波到可见光再到伽马射线。整个光谱上的光强度为每个黑洞提供了不同的模式。识别此模式可以对黑洞的性质(例如,其自旋和能量输出)提供至关重要的了解,但这是一个挑战,因为该模式会随时间变化。

科学家通过与地面和太空中许多世界上最强大的望远镜协调观测,并收集来自整个光谱的光,来弥补这种可变性。这是有史以来对超大质量黑洞和喷流进行的最大规模的同时观测活动。

参与这次观测活动的NASA望远镜包括钱德拉X射线天文台,哈勃太空望远镜,尼尔·盖勒斯·斯威夫特天文台,核光谱望远镜阵列(NuSTAR)和费米伽马射线太空望远镜。

从EHT现在具有标志性的M87图像开始,一段新的视频带给观众观看每个望远镜数据的历程。该视频显示了光波长和物理尺寸两方面的数据,比例为十个比例。该序列始于2019年4月发布的M87中黑洞的EHT图像(数据于2017年4月获得)。然后,它遍历全球其他射电望远镜阵列的图像,并在每一步中在视场中向外移动。(正方形宽度的比例尺在右下角以光年为单位给出)。接下来,视图将更改为可检测可见光(哈勃和斯威夫特),紫外线(Swift)和X射线(钱德拉和NuSTAR)的望远镜。屏幕拆分以显示这些同时覆盖相同天空量的图像之间的比较。

每架望远镜都提供有关M87中心65亿太阳能质量黑洞的行为和影响的不同信息,M87中心距地球约5500万光年。

“有多个小组正在研究他们的模型是否适合这些丰富的观测结果,我们很高兴看到整个社区都使用此公共数据集来帮助我们更好地了解黑洞与喷气机之间的深层联系, ”加拿大蒙特利尔麦吉尔大学的合著者Daryl Haggard说。

数据是由来自32个国家或地区的近200个机构的760位科学家和工程师组成的团队使用全球机构和机构资助的观测站收集的。观察结果集中于2017年3月底至4月中旬

“这组令人难以置信的观测结果包括许多世界上最好的望远镜,”马来西亚吉隆坡马来亚大学的合著者胡安·卡洛斯·阿尔加巴说。“这是世界各地的天文学家为追求科学而共同努力的一个很好的例子。”

最初的结果表明,M87超大质量黑洞周围物质产生的电磁辐射强度是有史以来最低的。这为研究黑洞提供了理想的条件,从接近事件视界的区域到数万光年。

这些望远镜的数据以及当前(以及将来)的EHT观测数据的结合,将使科学家能够对天体物理学最重要和最具挑战性的一些研究领域进行重要的研究。例如,科学家计划使用这些数据来改进对爱因斯坦广义相对论的检验。当前,这些测试的主要障碍是不确定围绕黑洞旋转并在喷射中爆炸的材料的不确定性,特别是确定发射光的特性。

今天的研究解决的一个相关问题涉及被称为“宇宙射线”的高能粒子的起源,高能粒子不断从外层空间轰击地球。它们的能量可以比地球上最强大的加速器大型强子对撞机产生的能量高一百万倍。从黑洞发射出来的巨大喷射流,就像今天图像中显示的那样,被认为是最高能量宇宙射线的最可能来源,但是关于细节,还有很多问题,包括粒子加速的确切位置。由于宇宙射线通过碰撞产生光,因此,最高能量的伽马射线可以精确地指出该位置,这项新研究表明,这些伽马射线可能不会在事件视界附近产生,至少在2017年不会出现。

阿姆斯特丹大学的合著者Sera Markoff说:“了解粒子加速度对于我们理解EHT图像以及所有'颜色'的射流确实至关重要。” 这些喷气机设法将黑洞释放的能量向外输送,使其规模超过了宿主银河系,就像一条巨大的电源线一样。我们的结果将帮助我们计算承载的功率,以及黑洞喷流对其周围环境的影响。”

这些新的数据宝库的发布与EHT的2021年观测运行相吻合,该观测利用了全球范围的广播天线,这是自2018年以来的第一次。去年的活动由于COVID-19大流行而被取消,上一年被暂停由于不可预见的技术问题。就在这周,EHT天文学家又将目标对准了M87中的超大质量黑洞,即我们银河系中的一个(称为人马座A *),再加上六个遥远的黑洞。与2017年相比,该阵列通过增加三架射电望远镜得到了改进:格陵兰望远镜,亚利桑那州的基特峰12米望远镜和法国的北约扩展毫米波阵列(NOEMA)。

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