天文学家捕捉到了人马座 A* (Sgr A*) 周围的偏振光和磁场的首张图像，人马座 A* 是银河系中心的超大质量黑洞。
这项利用 事件视界望远镜 (EHT) 进行的历史性观测表明，整齐有序的磁场与 星系 M87 中心的超大质量 黑洞 周围的磁场具有相似之处。考虑到人马座 A* 的质量约为太阳的 430 万倍，而 M87* 则更加庞大，质量相当于约 65 亿个太阳，这令人惊讶。
因此，EHT 对 人马座 A* 的新观测表明，强大且组织良好的磁场可能是所有黑洞的共同特征。此外，由于 M87* 的磁场驱动着强大的外流或“喷流”，因此结果暗示人马座 A* 可能也隐藏着一条微弱的喷流。
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哈佛-史密森天体物理学中心 (CfI) 的研究联合负责人和 NASA 哈勃奖学金计划爱因斯坦学者萨拉·伊萨昂 (Sara Issaoun) 告诉 Space.com：“这张我们银河系中心黑洞人马座 A* 的新图像告诉我们，黑洞附近存在强大、扭曲且有序的磁场。”“长期以来，我们一直认为磁场在黑洞如何吞噬物质并在强大的喷流中喷射物质方面发挥着关键作用。”
“这张新图像，以及在更大、更强大的 M87* 黑洞中看到的惊人相似的偏振结构，表明强大且有序的磁场对于黑洞如何与周围的气体和物质相互作用至关重要。”
比较两个巨型黑洞的磁性
EHT 由全球各地的许多望远镜组成，包括 阿塔卡玛大型毫米波/亚毫米波阵列 (ALMA)，它们共同构成了一个地球大小的望远镜，这对于创造科学历史来说并不陌生。
2017 年，EHT 捕捉到了黑洞及其环境的首张图像，为距离地球约 5350 万光年的 M87* 成像。在这张图像于 2019 年向公众发布两年后，EHT 合作组织再次发布了 M87* 黑洞周围偏振光的首张图像。
当光波的定向以特定角度定向时，就会发生偏振。等离子体在黑洞周围快速运动产生的磁场会以与自身成 90 度角的方向偏振光。这意味着观察 M87* 周围的偏振光使科学家能够首次“看到”黑洞周围的磁场。
紧随其后的是 2022 年公布的 EHT 也对距离 地球 更近的超大质量黑洞（仅 27,000 光年远）人马座 A* 进行了成像，银河系就是围绕人马座 A* 形成的。
现在，EHT 终于为科学家提供了偏振光图像，从而也提供了这个超大质量黑洞周围磁场的图像。
伊萨昂说：“偏振光告诉我们关于磁场、气体特性以及黑洞吞噬物质时发生的机制。”“考虑到人马座 A* 成像的额外挑战，我们首先能够获得偏振图像就已令人惊讶！”
尽管人马座 A* 离地球更近，但这些挑战仍然存在，因为银河系超大质量黑洞的尺寸较小意味着，以接近 光速 围绕它快速运动的物质很难成像。M87* 大得多，这意味着物质虽然以大致相同的速度运动，但完成一个回路需要更长的时间，这使得 EHT 更容易捕捉到它。
克服这些困难意味着现在可以在超大质量黑洞谱两端的两个黑洞之间进行比较，一个黑洞的质量是太阳的数十亿倍，另一个黑洞的质量是太阳的数百万倍。最初的结论是，这些磁场彼此非常相似。
伊萨昂说：“这种相似性尤其令人惊讶，因为 M87* 和人马座 A* 是非常不同的 黑洞。”“M87* 是一个非常特殊的黑洞：它的质量为 60 亿个太阳质量，它位于一个巨大的椭圆星系中，并且它喷射出强大的等离子体喷流，在所有波长下都可见。”
“另一方面，人马座 A* 非常普通：它的质量为 400 万个太阳质量，它位于我们普通的螺旋星系银河系中，而且它似乎根本没有喷流。”
伊萨昂解释说，仅通过观察偏振光的部分，该团队就期望了解 M87* 和人马座 A* 磁场的不同特性。
伊萨昂补充说：“也许一个会更有序更强大，而另一个会更无序更弱。”“然而，因为它们看起来再次相似，所以现在非常清楚，这两类不同的黑洞具有非常相似的磁场几何形状！”
结果表明，对人马座 A* 进行更深入的研究可能会揭示迄今为止尚未发现的特征。
银河系的超大质量黑洞是否正在发射一条隐藏的喷流？
人马座 A* 的偏振光以及整齐而强大的磁场，以及它们与 M87* 的磁场非常相似的事实，可能表明我们中心的黑洞一直在对我们隐藏一个秘密，直到现在。
伊萨昂解释说：“我们预计强大而有序的磁场将与喷流的发射直接相关，正如我们在 M87* 中观察到的那样。”“由于没有观察到喷流的人马座 A* 似乎也具有非常相似的几何形状，也许人马座 A* 中也潜伏着一条喷流，等待被观察到，这将非常令人兴奋！”
天文学家对没有看到来自人马座 A* 的喷流并不感到非常惊讶。那是因为 M87* 周围环绕着大量的气体和尘埃，它每年消耗相当于两到三个太阳的物质。这意味着其磁场有足够的物质可以引导到两极并喷射出喷流。
另一方面，人马座 A* 消耗的物质非常少，相当于一个 人类每百万年吃一粒米。这些观测结果表明，我们正在节食的超大质量黑洞可能仍然有一条喷流；只是很难看到它。
伊萨昂说：“有很多证据表明黑洞在过去可能存在外流甚至喷流，但由于 银河中心 环境的复杂性，人马座 A* 中的喷流从未被成像。”“发现喷流将是我们黑洞的一个重大发现，也是它在我们 银河系 历史中的一个联系。”
她补充说，发射这些喷流的过程是整个宇宙中最具能量的机制，它对星系的中心产生巨大影响，例如，清除诞生恒星所需的气体和尘埃，并影响星系的生长和演化。这意味着发现从人马座 A* 中喷出的喷流将影响我们对 银河系演化成天文学家今天观察到的形状 的理解。
伊萨昂继续说道：“如此大规模的破坏可能由星系中如此小的核心引起，这真是令人震惊，而这一切都始于中心黑洞的边缘，在那里，磁场占据主导地位。”
伊萨昂说，通过这两张非常不同的黑洞的偏振图像，科学家们现在有了非常有力的证据表明，强大的磁场在这些宇宙巨头中无处不在。
她说：“下一步是弄清楚这种几何形状如何与这些系统的移动、演化和爆发联系起来。”
EHT 将于 4 月初启动其 2024 年观测活动，该合作组织希望通过在不同的光频率下观测 M87* 和人马座 A* 等熟悉的黑洞，获得它们的多色视图。
伊萨昂补充说：“在未来十年，下一代 EHT 工作旨在增加更多望远镜，以填补我们的 地球大小的虚拟镜面，并更频繁地进行观测。”“随着 EHT 的这些扩展，我们将能够制作黑洞的偏振电影，并将直接观察 M87* 黑洞及其喷流之间的动态。”
此外，CFI 研究员表示，EHT 最终可能会获得一些空间辅助来观测黑洞及其动态。一个可能有助于此的拟议任务是黑洞探测器 (BHEX) 任务概念，该概念在地球上的 EHT 阵列中增加了一个空间望远镜。
伊萨昂总结道：“黑洞旋转的程度，即它们的自旋，被认为与黑洞附近的磁场看起来的样子以及它们如何发射喷流直接相关。”“借助 BHEX，我们可以为黑洞的清晰光子环特征成像。这个光子环编码了黑洞周围时空的特性，包括黑洞的自旋！”
EHT 团队的研究于周三（3 月 27 日）发表在 《天体物理学杂志快报》上。
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