超大質(zhì)量黑洞看起來像什么?科學家:像個甜甜圈
- 來源:互聯(lián)網(wǎng)
- 作者:Sophie周
- 編輯:Sophie
據(jù)外媒報道,根據(jù)最新研究,國外科學家使用最新模型,對超大質(zhì)量黑洞的增長和進化有了更深的描述。
天文學家使用活躍星系核“統(tǒng)一模型”來描述攝食黑洞周圍的結(jié)構(gòu),人們認為,這種結(jié)構(gòu)和它的方向影響我們所觀測到的,這就是為什么并非所有活躍星系核看上去都相同。該結(jié)構(gòu)的一部分是充滿灰塵、甜甜圈狀的物質(zhì)環(huán)——環(huán)繞黑洞的氣體和灰塵,依據(jù)其所在方向,從觀測角度遮擋部分或者全部結(jié)構(gòu)。
目前,天文學家基于阿塔卡瑪大型毫米波天線陣望遠鏡(ALMA)觀測的高分辨率圖像,首次在超大質(zhì)量黑洞周圍發(fā)現(xiàn)一個旋轉(zhuǎn)的灰塵環(huán)。他們的觀測目標是螺旋星系M77中心,它距離地球4700萬光年,位于鯨魚星座,他們通過ALMA望遠鏡,能夠識別發(fā)現(xiàn)星系中心環(huán)繞黑洞的氣體灰塵結(jié)合著氫氰酸分子(HCN)和甲?;肿樱℉CO+)噴射物,對準一個密集環(huán)繞中心黑洞的“甜甜圈”結(jié)構(gòu)。目前,這項最新研究報告發(fā)表在近期出版的《天體物理學快報》上。
該項研究報告作者、日本國家天文臺Masatoshi Imanishi說:“為了解釋活躍星系核的各種觀測特征,天文學家已假設活躍超大質(zhì)量黑洞周圍存在類似甜甜圈的灰塵氣體旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu),然而灰塵氣體環(huán)狀結(jié)構(gòu)從外觀上是非常微小的,基于ALMA望遠鏡的高分辨率圖像,目前我們能夠直接觀測到該結(jié)構(gòu)。”
這個甜甜圈結(jié)構(gòu)位于一個700光年寬度絲狀半環(huán)物質(zhì)結(jié)構(gòu)之中,它自身直徑大約20光年,與龐大的M77星系相比,僅是一個非常小的太空區(qū)域。通過ALMA望遠鏡觀測分析,研究小組能夠發(fā)現(xiàn)甜甜圈結(jié)構(gòu)中物質(zhì)出現(xiàn)多普勒頻移(Doppler shifting),一些物質(zhì)遠離地球,一些物質(zhì)朝向地球,這是發(fā)生旋轉(zhuǎn)的一個明顯標志。
這一明顯標志也帶來額外的復雜性,甜甜圈結(jié)構(gòu)能按照預期方式進行旋轉(zhuǎn),但是它具有一定的不對稱性,其中部分結(jié)構(gòu)發(fā)生旋轉(zhuǎn)并具有方向隨意性特征。研究小組認為,這可能是一個顛覆性的跡象,例如:該星系曾與另一個較小的星系發(fā)生合并。要確定星系及其活躍星系核的歷史,仍需要進行更多的工作,當前最新研究首次觀測的旋轉(zhuǎn)環(huán)狀結(jié)構(gòu),是研究星系和超大質(zhì)量黑洞的一個重要環(huán)節(jié)。
釋放能量
許多活躍星系核都沿著旋轉(zhuǎn)軸噴射物質(zhì)流,關于釋放物質(zhì)流的機制,以及何種物質(zhì)構(gòu)成噴射流,科學家對此了解甚少。但是基于這種噴射流相關磁場測量的最新模型表明,當物質(zhì)流向太空噴射時,黑洞可能損失旋轉(zhuǎn)動能。
該模型是由莫斯科物理科學技術研究所基礎和宇宙相對天體應用研究實驗室天體物理學家研制的,結(jié)果表明極強噴射流的能量與黑洞自身旋轉(zhuǎn)密切相關,并向天文學家提供可測量特征用于測試該理論觀點。這項最新研究報告發(fā)表在2017年12月22日出版的《天文學和太空科學前沿》雜志上。
科學家認為黑洞能夠旋轉(zhuǎn),就像恒星和行星一樣,當物質(zhì)從吸積盤流入黑洞時,黑洞吸收了角動量,并且旋轉(zhuǎn)速度更快。這種效應可在年輕恒星上觀察到,它們被類似的吸積盤包圍著。但是新生恒星旋轉(zhuǎn)速度太慢,由于它們吸收一定的角動量,角動量能夠驅(qū)動恒星的噴射流,相同的進程也存在于黑洞周圍。
但為了證實這一點,天文學家需要測量黑洞失去多少旋轉(zhuǎn)能量,但這是非常困難的。同樣地,測量吸積盤物質(zhì)的“磁通量”數(shù)量等級,可以評估出旋轉(zhuǎn)能量的損失,但這也是非常難以測量的。目前,這項最新模型和近期其它更先進的黑洞噴射模型提出了一個“代理”:測量噴射流磁場,然后結(jié)合在需要驅(qū)動噴射流的旋轉(zhuǎn)動能數(shù)量上。
噴射流磁場可以被測量,這是因為磁通量是守恒的,通過測量噴射流等級,我們也能探測到黑洞附近的磁通量。目前,這項研究使天文學家將磁場噴射流與黑洞旋轉(zhuǎn)損失聯(lián)系在一起,并通過實驗來驗證我們對黑洞及其周圍環(huán)狀結(jié)構(gòu)和噴射流的理解是否正確,或者我們?nèi)孕枰M一步改進提高。
2017年4月視界望遠鏡(Event Horizon Telescope)用了一周半的時間收集銀河系超大質(zhì)量黑洞,以及橢圓星系M87中大型黑洞的相關數(shù)據(jù),不久我們可能不僅首次拍攝到一個超大質(zhì)量黑洞周圍的圓環(huán)結(jié)構(gòu),還能觀測到黑洞視界的邊緣。作為一名天體物理學家,這將是一個令人激動人心的時刻。
玩家點評 (0人參與,0條評論)
熱門評論
全部評論