科学|EHT再获新发现！特大质量黑洞喷流揭开神秘面纱
去年的一次全球联合科学研究活动创造了历史——第一张黑洞图像初次面世 。 如今 ， 我们又更进一步地拍摄到了特大质量黑洞喷流的图像 。
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钱德拉X射线天文台 M87星系核特写 （NASA/CXC/维拉诺瓦大学/J·尼尔森）
图源：sciencealert
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特大质量黑洞的图像（EHT合作组织） 图源：eso
这个特大质量黑洞位于一颗光学剧变类星体3C 279的中心 ， 距离地球大约50亿光年 。 类星体是已知最亮的宇宙天体之一 ， 在星系的核心位置存有庞大的黑洞 。 而在吸积盘内侧靠近黑洞视界的地方 ， 随着气体掉入黑洞会放出巨大的能量辐射 。
最新发表的研究成果实际源于事件视界望远镜（EHT）合作组织在2017年4月进行的一次开创性的黑洞观测行动 。 3C 279就是那次观测的四个二级目标对象之一 。 今年 ， 我们终于获得了激动人心的成果 。
我们知道 ， 当物质被吸入特大质量黑洞时 ， 物质周围的气体和尘埃会加速至临近光速 。 由此 ， 黑洞产生了相对论性喷流 ， 这种喷流的粒子拥有已知宇宙中的最快速度 。
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半人马射电源A 星系喷流和射电瓣延伸至中心区域外的图片（图源：nustar）
来自: NASA/CXC/CfA/R.Kraft et al./MPIfR/ESO/WFI/APEX/A.Weiss et al.
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M87*的艺术图像 ， 展示了相对论性喷流以及周围的超热物质（欧南台/M. Kornmesser）
图源：sciencealert
这是EHT团队极尽详细分析研究的喷流之一 ， 科学家们循着它的轨迹一直追踪到了黑洞3C 279的吸积盘 。 从图片看上去可能有些模糊 ， 但在实际数据中蕴藏着大量信息 。
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3C 279黑洞喷流
首先一点 ， 研究团队揭示了一个惊人的发现：虽然理论上黑洞喷流的形状应该是笔直的 ， 但数据显示在喷射流的基点可能存在弯曲形态 ， 同时还伴有一个垂直于喷流方向的细长结构 。
“这种形态可以解释为一种显著分辨率的喷射基点 ， 或是喷射入空间的弧状喷流 。 ”事件视界望远镜组织在他们的报告中如是写道 。 这份报告共同署名的作者达351名之多 。
而且由于观测持续了好几天 ， 研究人员还发现了一些细微变化 。 此前研究员曾做过吸积盘的旋转模型和物质掉入黑洞被分解的模拟 ， 但从没有直接观测到过 ， 而这些细微变化很可能就是证实预测模型的确凿证据 。
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J.Y.Kim(马克斯·普朗克射电天文研究所)/波士顿大学耀变体小组(甚长基线阵列和全球毫米波甚长基线干涉阵列)/事件视界望远镜合作组织
3C 279被EHT团队选为研究对象之一并不令人意外 。 去年被我们荣幸发现了特大质量黑洞的M87星系 ， 实际上是一个相对微弱的伽马射线发射源 。
而诸如3C 279这样具有强能量的活动星系核 ， 往往拥有更大的光度距离 ， 这意味着它们在夜空中更难被分辨出来 。 不过 ， 3C 279是我们所观察到的最亮的伽马射线源之一 ， 并且它还是一种耀变体 ， 也就是说在朝着地球的方向上具有高能量、高变性的喷流 。
2017年4月的四个晚上 ， 研究团队都将事件视界望远镜对准了3C 279 ， 从位于六个不同地理位置的八个站点收集数据 。 这些数据都必须被仔细传输到马克斯·普朗克射电天文研究所（MPIfR）以及麻省理工学院（MTI）的超级电脑 ， 进行大规模分析 。
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部分EHT望远镜的位置以及它们之间的长基线 。（欧南台/L.Calcada） 图源：sciencealert
加拿大周界研究所的天体物理学家艾弗里·布罗德里克说：“就拿3C 279来说 ， EHT将转换分辨率与新型计算工具相结合来进行数据分析的方式被证实是极具启发性的 。 ”
“过去那个单一射电‘核’ ， 现在已经分解成两个独立复合体 。 哪怕小如光月 ， 这些复合体也在移动 。 而3C 279的喷流正在以不亚于99.5％光速的速度朝地球而来！”
这些在黑洞研究上都是非凡的发现——长久地依赖模拟和低分辨率观测后 ， 对于这些神秘天体的运作原理以及所能观测的喷流的真实动力来源 ， 我们仍然所知甚少 。
研究报告中总结到：“更多关于源特性的细节 ， 例如磁场结构和复杂的喷流能量平衡 ， 我们会在后续研究中跟进 。 ”
当世界终于得以窥见M87*一角时 ， 天文学家们拿着他们新获得的仪器才刚刚迈上新征程 。
不幸的是 ， 由于新冠病毒的蔓延 ， 原定于今年3、4月进行的最新EHT观测被取消 。 不过观测团队早在2017年和2018年收集了大量的数据 ， 从这些数据里应该会有更多信息可以研究 。
“去年我们发布了黑洞阴影的首张图像 ， ”MPIfR负责人兼EHT协作组织主席安东·泽森斯说道 ， “今年我们又发现了3C 279喷流形状出人意料的变化 ， 但尚未止步于此 。 正如我们去年所说 ， 一切都才刚刚开始 。 ”
结果已经发表在出版的《天文学与天体物理学》上 。
作者: SIGNE DEAN
FY: X.Flotsam
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