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M87星系黑洞新图像披露偏振光外观,直击黑洞边

继2019年发布首张黑洞“直接成像”图片后,事件世界望远镜团队再次揭开M87黑洞的新面貌,展示了它在偏振光下的模样,验证黑洞喷流的产生与黑洞周围强磁场息息相关。

环境中多数光源都属于非偏振光源,比如太阳光、白炽灯光等,但手机屏幕的光就属于偏振光,具有不同方向和亮度,而当光线在磁化的高温区域中发射时也会偏振,比如黑洞周围。

2019年,事件视界望远镜(Event Horizon Telescope,EHT)团队首度直接捕捉到距地球5,500万光年的M87星系中心超大质量黑洞图片,该照片显示出一个明亮光环与中心黑色区域(即黑洞阴影,事件视界又在阴影之中),与爱因斯坦相对论预测的模样完全相符。

不过在描绘该图像时,天文学家也注意到M87黑洞周围有大量偏振光。

由于偏振就像磁场留下的指纹,借由偏振光带来的信息,科学家能进一步解析黑洞周围磁场结构、搭建黑洞周围磁力线分布,并验证黑洞喷流的产生与黑洞周围强力磁场息息有关——毕竟中研院天文所团队光是为了理解黑洞喷流的形成,就致力于观测黑洞周围磁场长达10年以上时间。

实际观测(左)与理论模拟(右)的黑洞周围偏振图片比较。

美国普林斯顿理论科学中心Andrew Chael博士表示,最新发布的偏振图片对于理解物质如何掉入黑洞、并喷出明亮高能喷流的过程提供了关键证据。黑洞周围磁场产生的机制有2种可能性,一种是黑洞附近热气体在被黑洞吸进时,也顺便将宇宙中无所不在的磁场带过来;另一种则是发电机理论,也就是太阳或地球等天体磁场的形成机制。

天文学家长期以来一直认为,黑洞附近热气体携带的磁场对高速相对论喷流的发射起到关键作用,而最新极化图像表明,科学家看到的光环来自非常接近M87黑洞的磁场产生,具体而言就是可以帮天文学家搭建黑洞内缘的磁场线,告诉我们喷流如何从黑洞中心向外延伸至少5,000光年。

研究成果已于今年3月24日发布于《天文物理期刊通信》(The Astrophysical Journal Letters)。