银河系中心黑洞边缘发现螺旋状强磁场

天文学家发布了银河系中心黑洞边缘螺旋状的强磁场图像。

来自事件视界望远镜(EHT)合作组织的新图像揭示了超大质量黑洞Sagittarius A* (Sgr A*)边缘处螺旋状的有序强磁场。这是首次以偏振光看到银河系核心隐藏的巨兽，揭示出一个与M87星系中心黑洞磁场结构非常相似的景象，这表明强磁场可能是所有黑洞共同的特征。这种相似性也暗示Sgr A*可能存在隐藏的喷流。相关研究成果今天发表在《天体物理学通讯》上。

科学家们在2022年首次公布了距离地球约27000光年的Sgr A*的图像，揭示了尽管银河系超大质量黑洞的大小和质量比M87的要小一千倍以上，但它们看起来非常相似。这让科学家们想知道除了外观之外，这两者是否还有共同点。为了找出答案，团队决定以偏振光研究Sgr A*。此前对M87*周围光的研究显示，黑洞周围的磁场使其能够将强大的物质喷流重新投射到周围环境中。在这项工作的基础上，新的图像揭示了Sgr A*可能也是如此。

哈佛-史密森天体物理学中心(CfA)NASA哈勃奖学金项目爱因斯坦奖学金获得者、史密森天文台(SAO)天体物理学家Sara Issaoun表示：“我们现在看到的是银河系中心黑洞附近存在着强大、扭曲和有序的磁场。除了Sgr A*的极化结构与规模更大、更强大的M87*黑洞非常相似之外，我们发现强大且有序的磁场对于黑洞与周围气体和物质的相互作用至关重要。”

然而，以偏振光成像黑洞并不像戴一副偏振太阳镜那样简单，尤其是Sgr A*，它的变化速度如此之快，无法静止不动拍照。成像超大质量黑洞需要比之前捕捉M87*所用的工具更复杂。CfA博士后研究员和SAO天体物理学家Paul Tiede表示：“我们能够制作出Sgr A*的偏振图像是令人激动的。第一张图片花了数月时间进行广泛分析以理解其动态特性并揭示其平均结构。制作偏振图像增加了黑洞周围磁场动力学的挑战。我们的模型经常预测高度湍流的磁场，使得构建偏振图像变得极为困难。幸运的是，我们的黑洞要安静得多，这使得第一张图片成为可能。”

科学家们对偏振光下的两个超大质量黑洞的图像感到兴奋，因为这些图像及其所带来的数据提供了比较不同大小和质量的黑洞的新方法。随着技术的改进，这些图像可能会揭示更多有关黑洞及其相似性或差异的秘密。

未来EHT的扩展将使阵列能够实时拍摄超大质量黑洞的电影，可能揭示隐藏的喷流，并允许天文学家观察其他黑洞中类似的偏振特征。同时，将EHT扩展到空间将提供比以往任何时候都要清晰的黑洞图像。

CfA正在领导几个重大项目，以在未来十年内大幅提升EHT的性能。下一代EHT（ngEHT）项目正在进行对EHT的全面升级，旨在引入多个新的射电望远镜，实现同时多色观测，并提高阵列的整体灵敏度。ngEHT的扩展将使阵列能够实时拍摄事件视界尺度上的超大质量黑洞电影。这些电影将揭示事件视界附近的详细结构和动力学，聚焦广义相对论所预测的“强场”引力特征以及黑洞吸积和相对论性喷流发射的相互作用，以及这些过程如何塑造宇宙的大尺度结构。与此同时，黑洞探测器(BHEX)任务概念将把EHT扩展到太空，产生有史以来最清晰的天文图像。BHEX将使我们能够探测和成像“光子环”——这是由黑洞周围被强引力透镜效应形成的锐利环状特征。黑洞的属性被印刻在光子环的大小和形状上，揭示了数十个黑洞的质量和自旋，进而展示这些奇特对象是如何增长和与它们的宿主星系相互作用的。

2017年4月观测时，EHT涉及的个别望远镜包括：阿塔卡马大毫米/亚毫米阵列(ALMA)、阿塔卡马路径探索实验(APEX)、IRAM 30米望远镜、詹姆斯·克拉克·麦克斯韦望远镜(JCMT)、阿方索·塞拉诺大型毫米波望远镜(LMT)、亚毫米阵列(SMA)、亚利桑那大学亚毫米望远镜(SMT)、南极望远镜(SPT)。

此后，EHT又将格陵兰望远镜(GLT)、北方扩展毫米波阵列(NOEMA)和亚利桑那大学基特峰12米望远镜纳入其网络。