首创的黑洞周围磁场图像可能解释了黑洞如何向太空喷射超过 5,000 光年的能量和物质射流。
新图像来自有史以来第一张黑洞照片，该黑洞位于梅西耶 87 星系中心，这是一个距离我们 5500 万光年的巨型椭圆星系。 2017 年，一个由 300 多名研究人员组成的国际合作组织协调了全球 11 个射电望远镜来观测 M87 的中心。由此产生的联合望远镜被称为事件视界望远镜 (EHT)。 2019 年发布的结果是一张黑洞的图像，周围环绕着一圈发光物质。
现在，一项新的数据分析显示，发光圈中的光是部分偏振的，这意味着光波在单个平面内振动。 这是光穿过高温磁化空间的特征，它的存在意味着研究人员可以开始绘制黑洞边缘的磁场。
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在两篇新的论文中，科学家发现磁场可能足够强大，可以将原本会无可挽回地坠入黑洞事件视界之外的物质推出去，这两篇论文已发表 于今日（3 月 24 日）在《天体物理学杂志》上发表。 结果：一股物质和能量流，像聚光灯一样从黑洞及其周围的星系中喷射出来。
“很多人长期以来一直在研究磁场如何让气体落入黑洞，它们如何发射喷流，而我们现在真的准备好开始直接用偏振黑洞图像来检验这些理论了，”科罗拉多大学博尔德分校的天体物理学家、EHT 理论工作组协调员杰森·德克斯特说。
偏振光
为了创建新的磁场图，研究人员必须从非常嘈杂的数据集中挑选出偏振。 偏振光只是黑洞周围整体光线的一部分，黑洞周围的光线是由快速移动并相互摩擦的物质产生的，从而产生能量和光芒。 更重要的是，研究团队必须将磁场信号与地球大气层在 11 个不同望远镜上以及这些望远镜内部仪器引入的误差分离开来。
“从较大的误差中挖掘出那些相对较弱的信号并加以解释是一项巨大的努力，”德克斯特告诉《生命科学》。
最初，看起来只有 1% 到 3% 的来自黑洞周围的光是偏振的。 但随着研究人员放大偏振部分，他们意识到发光环的 10% 到 20% 是偏振的。 德克斯特说，当对所有数据进行平均时，在一个方向上传播的偏振光“抵消”了在相反方向上传播的偏振光，因此偏振光的比例看起来人为地偏低。
磁性 结果来自围绕黑洞旋转的热气体。 随着带电气体粒子旋转，它们会增强磁场。 但研究人员发现，并非所有磁场都只是随着螺旋形气体旋转。
“我们没有看到如果磁场只是被气体拖曳着围绕黑洞旋转时我们会期望看到的相同的偏振图和图像，”德克斯特说。 “[磁场]之所以强大，是因为它可以抵抗被气体拖曳着围绕黑洞旋转。”
逃离黑洞
天体物理学家长期以来一直怀疑，周围的磁场在帮助黑洞增长以及向外喷射巨大的物质和能量射流方面都发挥着作用。 天体物理学家已经能够测量喷流内的磁场，但这是他们第一次能够直接观察喷流底部的磁场。
“这里的关键是试图了解一旦磁场接近黑洞，它的结构如何，”德克斯特说。
德克斯特和他的同事试图使用计算机模型将不同类型的磁场与 EHT 数据进行匹配。 他们发现，与 M87 数据匹配的磁场往往会产生强烈的喷流。
“有很多我们不知道的事情，我们应该谨慎，但这可能是一个有趣的信号，表明磁场可能在黑洞的增长和喷流的发射中发挥着积极作用，”他说。
未来对 M87 核心黑洞的观测将有助于解开这个谜团，因为随着时间的推移的任何波动都将使研究人员能够构建更详细的磁场图。 更多的观测还将帮助他们消除数据中的失真，从而提供更清晰的图像。 德克斯特说，也没有理由不能在我们的银河系中心的黑洞上训练 EHT。
“这是一个非常令人兴奋的结果，了解更多关于这张黑洞图像以及 M87 中黑洞图像背后的物理特性，”他说。 “这仅仅是个开始。”
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