银河系的超大质量黑洞具有令人惊讶的磁性特性

惊人的相似性：人马座 A*（左）周围的磁场与 M87 中心超大质量黑洞（右）周围的磁场非常相似。 这两张图像都是通过使用事件视界望远镜观察来自物体的无线电波的偏振而创建的。 （由 EHT 协作提供）

银河系中心超大质量黑洞周围的磁场首次被观测到。 使用事件视界望远镜 (EHT) 的天文学家对人马座 A* 黑洞周围极其剧烈的环境中存在的场的有序性质感到惊讶。 这项研究可以让人们更好地理解磁场在黑洞如何吞噬周围物质方面所发挥的关键作用。

这是EHT第二次观测到超大质量黑洞的磁场。 2021年，它探测到了梅西耶87星系（M87）中心的黑洞场。

据信超大质量黑洞被Plasma包围，Plasma正在旋转进入引力深渊。 这会产生强大的磁场，然后与落入的材料相互作用。 这种加速材料发射大量辐射，包括被局部磁场极化的无线电波。

全球网络

EHT 是一个全球射电望远镜网络，可以测量这种偏振，从而绘制出黑洞周围的磁场。

人马座 A* 的质量约为 660 万太阳质量，比巨大的 M87 质量小一千倍。 尽管存在巨大差异，EHT 天文学家还是对这两个天体磁场的相似性感到惊讶。

EHT 团队成员、伦敦大学学院的 Ziri Younsi 表示：“我们希望能找到一些磁场特征，因为我们知道人马座 A* 仍在进食，只是非常缓慢。” “我们没有预料到的是，偏振模式在形态上与 M87 如此相似。”

所有吸积物质的超大质量黑洞预计都会有一个嵌入吸积盘的磁场。 该场固定在事件视界外的Plasma中，然后通过黑洞的旋转而放大。 与人马座 A* 相比，M87 黑洞非常活跃，具有大型Plasma吸积盘。

控制流量

两个物体的磁场都具有类似涡旋结构的磁力线（见图）。 线彼此越近，磁场就越强、越有组织。 Younsi 估计 Sagittarius A* 的磁场强度与冰箱磁铁的磁场强度相当。 虽然这听起来可能不多，但它的强度足以影响吸积Plasma的流入，从而有助于控制黑洞的进食方式。

两个磁场结构的相似性让一些天文学家想知道其他可能的相似之处。

M87 的黑洞以其相对论性喷流而闻名。 这是一束紧密准直的粒子束，被磁场从吸积盘扫起，并向外加速到接近光速。 一股喷射流沿物体的旋转轴可见，而另一股喷射流可能沿相反方向延伸。

鉴于磁性结构的相似性，人马座 A* 也可能拥有迄今为止尚未被发现的相对论性喷流。

神秘的气泡

事实上，这样的喷流可能是银河系神秘费米气泡的来源。 这是两股巨大的带电粒子羽流，在银河系平面上方和下方 25,000 光年处上涨。 据估计，它们只有几百万年的历史，它们起源于银河系中心，但其成因尚不确定。

然而，Younsi 指出，射流是高度准直的，而费米气泡跨越的区域更大，几乎就像爆炸一样。 虽然尤恩西认为这两个黑洞之间的相似性“令人好奇”，但他向《物理世界》表示，他对我们银河系的黑洞是否有喷流持怀疑态度。

“人们可能会采取一些自由和过度解释这一点，并说这也许是存在一架喷气式飞机的证据，”他说。 “或者我们将来可能需要以更高分辨率获得更好的数据，也许我们会看到偏振模式发生一些变化。”

快速变化

M87 距离我们 5300 万光年，而且它的黑洞吸积盘非常巨大，所以这两个因素意味着我们在短时间内看不到它发生太大变化。 人马座 A* 距离我们要近得多，距离约为 26,000 光年，其吸积盘要小得多，这意味着 EHT 可以看到吸积盘在几分钟和几小时内的变化。

因此，2022 年发布的人马座 A* 的第一张图像（亮度，非偏振）是黑洞的时间平均图像，Younsi 指出，这可能只是一个巧合，即黑洞的时间平均图像磁场看起来与 M87 类似，这意味着寻找喷气式飞机可能是徒劳的。

“人马座 A* 的变化非常迅速，因此图像中看到的结构存在更多不确定性，”Younsi 说。 “我们需要一些长期监测，因为我们现在所看到的可能只是碰巧看起来像 M87 的侥幸，实际上它并不代表一般的时间平均状态。 未来几年，这种形象可能会发生很大变化。”

如果天气允许，EHT 每年都会观测人马座 A*，最近一次是今年四月。 它还继续密切关注 M87 黑洞，并试图探测其他星系中的超大质量黑洞。 观测到的黑洞越多，我们就越能知道人马座A*和M87的黑洞是否真的是典型例子。

《天体物理学杂志快报》上的两篇论文描述了这些观察结果。 一篇论文介绍了偏振测量，另一篇论文描述了它们的含义。