ALMA 在超大质量黑洞附近发现了一个热气泡——只需 70 分钟即可完成一个完整的循环

天文学家使用阿塔卡马大毫米/亚毫米阵列 (ALMA) 发现了围绕人马座 A*(我们银河系中心的黑洞)运行的“热点”的证据。

这一发现为我们的超大质量黑洞神秘且不断变化的环境提供了重要的洞察力。

波恩马克斯普朗克射电天文学研究所的首席研究员 Maciek Wielgus 评测说:“我们认为我们正在观察一个热气泡,它在人马座 A* 周围飞驰而过,其轨道的大小与水星行星相似,”但是在大约 70 分钟内完成一个完整的循环。 这需要大约 30% 光速的惊人速度”

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这些观测是在智利安第斯山脉使用欧洲南方天文台 (ESO) 共同拥有的射电望远镜 ALMA 进行的,这是事件视界望远镜 (EHT) 合作探索黑洞图像的一部分。 2017 年 4 月,EHT 连接了包括 ALMA 在内的全球 8 台现有射电望远镜,从而产生了刚刚公布的第一张射手座 A* 图像。

我们超大质量黑洞的第一张照片

来自 EHT 合作组织的 Wielgus 和他的同事使用 ALMA 数据与人马座 A* 的 EHT 观测同时获取来校准 EHT 数据。 出乎意料的是,仅 ALMA 的观测揭示了有关黑洞组成的更多信息。

偶然地,一些观测是在钱德拉太空望远镜看到来自银河系中心的 X 射线能量爆发或耀斑之后立即进行的。 以前用 X 射线和红外望远镜已经看到过这类耀斑。 它们被认为是由所谓的“热点”引起的,这些热点是热气体气泡,非常快速地围绕黑洞运行并靠近它。

“真正新颖有趣的是,这种耀斑,”Wielgus 补充道,“到目前为止,仅在人马座 A* 的 X 射线和红外观测中清楚地存在。 在这里,我们第一次看到一个非常强烈的迹象,表明在无线电观测中也存在轨道热点。”

荷兰拉德布德大学的博士生 Jesse Vos 也参与了这项研究,他说:“也许在红外波长处检测到的这些热点是相同物理现象的表现:随着红外发射热点冷却,它们在更长的波长下变得可见,就像 ALMA 和 EHT 观察到的那样。”

最新发现与长期以来的理论一致,即耀斑是由非常接近人马座 A* 的极热Plasma中的磁相互作用引起的。

现在,研究人员有确凿的证据表明这些耀斑具有磁性起源,我们的观察有助于我们了解过程的几何形状。 根据 Radboud 大学的合著者 Monika Mocibrodzka 的说法,新数据对于对这些事件进行理论分析非常有益。

ALMA 让天文学家研究来自射手座 A 的极化无线电波,它可以用来找出黑洞的磁场是什么样的。 结合理论模型,该团队利用这些观察结果更多地了解了热点是如何形成的以及它如何适应其周围环境,例如人马座 A 周围的磁场。他们的研究告诉我们更多关于这个磁场的形状而不是我们以前知道的。 这有助于天文学家弄清楚我们的黑洞及其周围环境是什么样的。

ESO 甚大望远镜 (VLT) 的红外观测结果验证了 GRAVITY 仪器先前的一些发现。 来自 GRAVITY 和 ALMA 的数据都表明,耀斑起源于一团气体,该气体几乎正面围绕黑洞运行,并以大约 30% 的光速顺时针方向移动。

该研究的合著者、西班牙瓦伦西亚大学的 Ivan Marti-Vidal 表示,在未来,“我们应该能够使用 GRAVITY 和 ALMA 的协调多波长观测跨频率跟踪热点——这样的努力将是我们了解银河系中心耀斑物理学的真正里程碑。”

借助 EHT,该团队还希望能够直接观察围绕黑洞运行的气体云。 这将使他们能够更接近黑洞并了解更多关于它的信息。 Wielgus 说:“希望有一天,我们会自信地宣布我们‘知道’射手座 A* 发生了什么。

资料来源:人马座 A∗ 附近的轨道运动

图片来源:EHT 合作,ESO/M。 Kornmesser(致谢:M. Wielgus)

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