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    對(duì)黑洞的新分析顯示出搖擺不定的陰影

    在2019年,Event Horizo??n望遠(yuǎn)鏡協(xié)作組織提供了黑洞的第一張圖像,揭示了M87 *-M87星系中心的超大質(zhì)量物體。團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在已使用去年的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)來(lái)分析2009-2013年的檔案數(shù)據(jù)集,其中一些以前未發(fā)布。

    該分析揭示了黑洞圖像在多年內(nèi)的行為,表明新月形陰影特征的持久性,以及其方向的變化-新月形似乎在搖擺。完整的結(jié)果今天發(fā)表在《天體物理學(xué)雜志》上。

    Event Horizo??n望遠(yuǎn)鏡不是單一的望遠(yuǎn)鏡,而是全球性的望遠(yuǎn)鏡合作伙伴,其中包括UChicago領(lǐng)導(dǎo)的南極望遠(yuǎn)鏡,它使用超長(zhǎng)基線干涉測(cè)量技術(shù)進(jìn)行同步觀測(cè)。它們一起形成了一個(gè)虛擬的地球大小的無(wú)線電天線,可提供獨(dú)特的高圖像分辨率。

    芝加哥大學(xué)天文學(xué)與天體物理學(xué)副教授布拉德福德·本森說(shuō):“事件地平線望遠(yuǎn)鏡為我們提供了一種前所未有的新工具,可以研究黑洞和引力。” “作為南極望遠(yuǎn)鏡(SPT)合作和EHT網(wǎng)絡(luò)的成員,我們期待為未來(lái)的研究做出貢獻(xiàn),特別是在銀河系中心黑洞Sgr A *上,我們擁有獨(dú)特的SPT在南極地理位置的位置視圖。”

    “借助事件地平線望遠(yuǎn)鏡令人難以置信的角分辨率,我們可以觀察到在月球上進(jìn)行的臺(tái)球游戲,而不會(huì)丟失得分!” 天體物理學(xué)中心的天文學(xué)家Maciek Wielgus說(shuō)| 哈佛大學(xué)和史密森學(xué)會(huì),黑洞倡議研究員,新論文的主要作者。

    “去年,我們看到了一個(gè)黑洞陰影的圖像,它是由熱等離子體圍繞M87 *旋轉(zhuǎn)形成的明亮的新月形,以及一個(gè)黑暗的中心部分,我們希望黑洞的事件視界在其中,”威格斯。“但是這些結(jié)果僅基于2017年4月在一個(gè)為期一周的窗口中進(jìn)行的觀察,這太短了,無(wú)法看到很多變化。”

    但是從2009年到2013年,在完整的望遠(yuǎn)鏡加入之前,研究人員已經(jīng)使用早期的原型陣列獲取了M87 *的數(shù)據(jù)。他們可以利用該數(shù)據(jù)來(lái)確定新月形的大小和方向是否已更改。

    2009-2013年的觀測(cè)數(shù)據(jù)所包含的數(shù)據(jù)遠(yuǎn)少于2017年的數(shù)據(jù),因此無(wú)法創(chuàng)建圖像。相反,EHT團(tuán)隊(duì)使用統(tǒng)計(jì)模型來(lái)查看M87 *外觀隨時(shí)間的變化。

    將分析擴(kuò)展到2009年至2017年的觀察結(jié)果,科學(xué)家表明M87 *符合理論預(yù)期。黑洞的陰影直徑與愛(ài)因斯坦關(guān)于65億太陽(yáng)質(zhì)量的黑洞的廣義相對(duì)論的預(yù)測(cè)保持一致。

    但是,當(dāng)月牙直徑保持一致時(shí),EHT小組發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)隱藏了一個(gè)驚喜:這枚戒指在晃動(dòng),這對(duì)科學(xué)家來(lái)說(shuō)是個(gè)大新聞。他們第一次可以看到在極端重力條件下如此接近黑洞事件視界的吸積流的動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)。研究該區(qū)域是理解相對(duì)論射流發(fā)射現(xiàn)象的關(guān)鍵,并將使科學(xué)家能夠?qū)V義相對(duì)論進(jìn)行新的檢驗(yàn)。

    落在黑洞上的氣體在存在磁場(chǎng)的情況下會(huì)加熱到數(shù)十億度,電離并變成湍流。維爾格斯說(shuō):“由于物質(zhì)的流動(dòng)是湍流的,所以月牙似乎隨著時(shí)間而擺動(dòng)。” “實(shí)際上,我們?cè)谀抢锟吹搅撕芏嘧兓?,并不是所有的吸積理論模型都允許這么多的波動(dòng)。這意味著我們可以根據(jù)觀察到的源動(dòng)態(tài)開(kāi)始排除某些模型。”

    EHT的創(chuàng)辦人Shep Doeleman表示:“這些早期的EHT實(shí)驗(yàn)為我們提供了長(zhǎng)期觀察的寶庫(kù),而當(dāng)前的EHT即使具有出色的成像能力,也無(wú)法與之匹敵。” “當(dāng)我們?cè)?009年首次測(cè)量M87的尺寸時(shí),我們無(wú)法預(yù)見(jiàn)它會(huì)帶給我們關(guān)于黑洞動(dòng)力學(xué)的第一印象。如果您想看到黑洞在過(guò)去的十年中不斷發(fā)展,那么無(wú)可替代。十年的數(shù)據(jù)。”

    EHT項(xiàng)目科學(xué)家杰弗里·鮑爾說(shuō):“監(jiān)測(cè)M87 *與擴(kuò)大EHT陣列將提供新的圖像和更豐富的數(shù)據(jù)集來(lái)研究湍流的動(dòng)態(tài),我們已經(jīng)著手分析從2018點(diǎn)的觀測(cè)數(shù)據(jù),一個(gè)額外獲得。望遠(yuǎn)鏡位于格陵蘭島。我們計(jì)劃在2021年再進(jìn)行另外兩個(gè)站點(diǎn)的觀測(cè),以提供非凡的成像質(zhì)量。這是研究黑洞的絕佳時(shí)機(jī)!”

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