在2019年,事件視界望遠鏡(EHT)團隊拍攝了M87星系中黑洞區域的第一張圖像。該圖像顯示出明亮的環狀結構,中心區域是黑洞的陰影。這標誌著我們對這些最奇異的天體的認識又邁出了重要的一步。

兩年後,該圖像得到升級:現在它具有極化信息。

「我們現在看到了下一個至關重要的證據,可以理解磁場在黑洞周圍的行為,以及在這個非常緊湊空間區域中的活動如何驅動遠超銀河系的強大噴流。」荷蘭拉德伯德大學(Radboud Universiteit)的助理教授莫妮·莫西西布羅茲卡(Monika Mościbrodzka)在一份聲明中說。

極化是光的一種特性,它傾向於在特定方向上振盪。它在我們的日常生活中具有廣泛的應用,從向我們展示生動的3D電影的偏光眼鏡到幫助我們濾除眩光的偏光太陽鏡。它也可以成為天文學家的強大工具,因為它揭示了非常強大的磁化等離子體中的磁場結構。

美國普林斯頓大學(Princeton University)的安德魯·查爾(Andrew Chael)在同一份聲明中說:「新發佈的極化圖像是了解磁場如何使黑洞「吃掉」物質並發射強大的射流的關鍵。」

M87黑洞是一個非常活躍且極端的黑洞,因為它會消耗大量周圍物質並發射相對論性等離子噴流。噴流非常明亮,可以從黑洞延伸到數千光年。

但是,這個噴流的起源對於天文學家來說仍然是未知的。特別是,噴流的大小可能超過M87星系的大小,但它來自比我們的太陽系更小的微小區域。

另外,之所以來自黑洞附近的光是極化的,是因為產生輻射的機制是同步輻射,這也是在核反應堆中發生的至關重要的輻射過程。因此在極端環境(例如黑洞附近)中了解這種物理機制也至關重要。

「觀察結果表明,黑洞邊緣的磁場足夠強,可以將熱氣體推回去,並幫助其抵抗重力的拉動。只有從磁場中溢出的氣體才會最終掉進黑洞。」美國科羅拉多大學博爾德分校(University of Colorado, Boulder)助理教授傑森·德克斯特(Jason Dexter)在同一份聲明中解釋說。

為了觀察M87黑洞,EHT合作將全球八台望遠鏡,包括阿塔卡馬大型毫米/亞毫米陣列(ALMA)和阿塔卡馬探路者實驗(APEX)連接在一起,創建了一個虛擬的地球大小的望遠鏡。使用稱為無線電干涉術的先進技術,EHT的分辨率能夠看到月球表面上信用卡大小的物體。

「藉助ALMA和APEX,它們通過位於南部的位置通過增加EHT網絡的地理分佈來提高圖像質量,歐洲科學家得以在研究中發揮核心作用。」歐洲南方天文台(ESO)的ALMA科學家希斯卡·坎普(Ciska Kemper)在一份聲明中說,「ALMA擁有66根天線,在極化光的總體信號收集中佔主導地位,而APEX對於圖像校準至關重要」。

「在校正、成像和解釋EHT觀測結果時,ALMA數據也至關重要,這對解釋物質在黑洞事件視界附近的行為的理論模型提供了嚴格的約束」,拉德伯德大學的科學家西里科·戈迪(Ciriaco Goddi)在上述聲明中補充道。荷蘭萊頓天文台領導了一項後續研究,該研究僅依賴於ALMA的觀測結果。

「 EHT正在快速進步,網絡技術已經進行了升級,並增加了新的天文台。我們希望未來的EHT觀測能夠更準確地揭示黑洞周圍的磁場結構,並向我們提供更多有關熱物理學的信息。」中華民國中央研究院天文與天體物理研究所的樸鍾浩在上述聲明中總結道。

這項新工作在《天體物理學期刊快報》的兩篇論文中進行了描述,另一個後續研究也發表在《天體物理學期刊快報》上。#