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银河系中心存在超大质量黑洞!黑洞的喷流周围存在“热斑”!

时间:2019-07-11 16:47 来源:网络 作者: 菜叶

  据报道,天文学家发现,在一个大质量黑洞的喷流周围存在着围绕其运转的“热斑”(hotspot),并且表现出特征性的红外辐射“晃动”,这为银河系中心存在一个超大质量黑洞提供了新的证据。

  加拿大滑铁卢大学的天文学家艾弗里·布罗德里克(Avery Broderick)多年前就参与构建了银河系中心黑洞的模型,他表示,13年来的观测终于获得了回报。

银河系中心存在超大质量黑洞!黑洞的喷流周围存在“热斑”!

银河系中心不仅有超大质量黑洞,还有一个庞大的核心团

  这项新研究涉及到布罗德里克多年前的工作。研究结果显示,银河系中心的黑洞——称为人马座A*(Sagittarius A*)——发出了3个耀斑(又称为可见热斑)。研究团队探测到来自这些耀斑的一次不稳定爆发,从而得以探测环绕黑洞的吸积盘 。

 吸积盘是在黑洞或中子星周围,气体和尘埃受到引力作用向中心天体落下而形成的盘状结构。通过对耀斑爆发的研究,科学家描绘出了人马座A*的行为。

  布罗德里克的黑洞理论建立在较早前两个团队对银河系中心近红外研究的基础上。

  这两个团队分别是来自德国马克斯普朗克地外物理研究所的天文学家莱茵哈德·根泽尔(Reinhard Genzel),以及加州大学洛杉矶分校的研究者安德里亚·盖兹(Andrea Ghez)和马克·莫里斯(Mark Morris),他们的工作揭示了银河系中心并不稳定,而是在一天中会有一段时间极其明亮,持续大约30或40分钟。

  天文学家认为,大多数(如果不是所有)大型星系的中心都存在超大质量黑洞。

  因此,2005年,布罗德里克在哈佛史密松天体物理中心与天文学家艾维·利伯(Avi Loeb)一起工作时,提出在银河系中心所观测到的周期性增亮现象——又被称为明亮红外耀斑——源于一个超级巨大的物体,比如黑洞。

  这一理论进一步得到了新证据的支持。天文学家发现一个非常明亮、密集的恒星群(称为“核星团”)环绕银河系中心区域运转。 

  此外,红外线观测显示,位于银河系中心的恒星围绕着一个质量约为太阳400万倍的物体运转,再一次表明一个大型黑洞的存在。 

 不过,布罗德里克表示,在此次新研究之前,所有观测数据都不足以证明银河系中心确实存在黑洞。

  布罗德里克说,近日探测到的来自银河系中心的3个耀斑是黑洞引力透镜的产物。“黑洞的作用就如同灯塔的镜片。那里存在一个局部的喷射区域,但并不是喷射区域本身的突然增亮引发了耀斑,”他说道。

  相反地,是黑洞的引力使喷射产生的光线弯曲,并将其放大,使我们能观测到。布罗德里克解释道:“这才是耀斑产生的原因,即极端引力的放大作用。”

  根据这一结果,布罗德里克和利伯最初预测,在围绕人马座A*的吸积盘中,物体会表现出特定的红外线喷射晃动,因为它们在环绕黑洞的轨道上运转。

  他们在2005年的一篇论文中阐述了这一理论,并在2006年的后续论文中做了补充。然而,当时的技术还无法探测到这样的摆动。

  2016年,欧洲南方天文台甚大望远镜(VLT)的高精度光干涉仪GRAVITY投入使用,改变了这一切。

  GRAVITY的精确度和灵敏度帮助天文学家探测到人马座A*的吸积盘中3个耀斑喷射中的晃动。欧洲南方天文台研究团队的新发现发表在10月18日的《天文学与天体物理学》(Astronomy & Astrophysics)期刊上。

  布罗德里克说:“虽然耀斑的发现已经有很长时间,但这里的关键性发现是这些耀斑的特征性晃动。”这一晃动表明,产生这些耀斑的物质正在环绕一个黑洞运转。

  人马座A*附近的耀斑发生在靠近黑洞的磁场线断裂并重连的过程中。

  这一过程称为“磁重联”(magnetic reconnection),能释放出大量能量和带电粒子,导致极端明亮的事件。

  从这些耀斑中释放的红外辐射由于其环绕黑洞的轨道运动而表现出特征性的晃动。

  具体而言,当其他喷射物融入围绕银河系中心的吸积流时,红外辐射的中心就会发生移动,或者说“晃动”。

  在黑洞的事件视界以外,气体和尘埃等物质以大约三分之一光速的速度在一个圆形轨道上运行。

  耀斑的轨道期——它完成一圈轨道运行的时间——与晃动出现的时间间隔相同,天文学家每40到50分钟就观测到一次这样的晃动。

  布罗德里克表示,这么短的时间尺度是黑洞引力作用的结果,表明这些绕行的物质非常接近黑洞。

  “13年前,我们的观点是这些耀斑与(星系中心的)结构可变性有关,并且我们将能够利用这一结构可变性来说明广义相对论和强引力作用,”布罗德里克说,“令人兴奋的是,这一观点似乎是对的。”

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