ALMA 在超大質量黑洞附近發現了一個熱氣泡——只需 70 分鐘即可完成一個完整的循環

天文學家使用阿塔卡馬大毫米/亞毫米陣列 (ALMA) 發現了圍繞人馬座 A*(我們銀河系中心的黑洞)運行的「熱點」的證據。

這一發現為我們的超大質量黑洞神秘且不斷變化的環境提供了重要的洞察力。

波恩馬克斯普朗克射電天文學研究所的首席研究員 Maciek Wielgus 評測說:「我們認為我們正在觀察一個熱氣泡,它在人馬座 A* 周圍飛馳而過,其軌道的大小與水星行星相似,」但是在大約 70 分鐘內完成一個完整的循環。 這需要大約 30% 光速的驚人速度」

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這些觀測是在智利安第斯山脈使用歐洲南方天文台 (ESO) 共同擁有的射電望遠鏡 ALMA 進行的,這是事件視界望遠鏡 (EHT) 合作探索黑洞圖像的一部分。 2017 年 4 月,EHT 連接了包括 ALMA 在內的全球 8 台現有射電望遠鏡,從而產生了剛剛公布的第一張射手座 A* 圖像。

我們超大質量黑洞的第一張照片

來自 EHT 合作組織的 Wielgus 和他的同事使用 ALMA 數據與人馬座 A* 的 EHT 觀測同時獲取來校準 EHT 數據。 出乎意料的是,僅 ALMA 的觀測揭示了有關黑洞組成的更多信息。

偶然地,一些觀測是在錢德拉太空望遠鏡看到來自銀河系中心的 X 射線能量爆發或耀斑之後立即進行的。 以前用 X 射線和紅外望遠鏡已經看到過這類耀斑。 它們被認為是由所謂的「熱點」引起的,這些熱點是熱氣體氣泡,非常快速地圍繞黑洞運行並靠近它。

「真正新穎有趣的是,這種耀斑,」Wielgus 補充道,「到目前為止,僅在人馬座 A* 的 X 射線和紅外觀測中清楚地存在。 在這裡,我們第一次看到一個非常強烈的跡象,表明在無線電觀測中也存在軌道熱點。」

荷蘭拉德布德大學的博士生 Jesse Vos 也參與了這項研究,他說:「也許在紅外波長處檢測到的這些熱點是相同物理現象的表現:隨著紅外發射熱點冷卻,它們在更長的波長下變得可見,就像 ALMA 和 EHT 觀察到的那樣。」

最新發現與長期以來的理論一致,即耀斑是由非常接近人馬座 A* 的極熱Plasma中的磁相互作用引起的。

現在,研究人員有確鑿的證據表明這些耀斑具有磁性起源,我們的觀察有助於我們了解過程的幾何形狀。 根據 Radboud 大學的合著者 Monika Mocibrodzka 的說法,新數據對於對這些事件進行理論分析非常有益。

ALMA 讓天文學家研究來自射手座 A 的極化無線電波,它可以用來找出黑洞的磁場是什麼樣的。 結合理論模型,該團隊利用這些觀察結果更多地了解了熱點是如何形成的以及它如何適應其周圍環境,例如人馬座 A 周圍的磁場。他們的研究告訴我們更多關於這個磁場的形狀而不是我們以前知道的。 這有助於天文學家弄清楚我們的黑洞及其周圍環境是什麼樣的。

ESO 甚大望遠鏡 (VLT) 的紅外觀測結果驗證了 GRAVITY 儀器先前的一些發現。 來自 GRAVITY 和 ALMA 的數據都表明,耀斑起源於一團氣體,該氣體幾乎正面圍繞黑洞運行,並以大約 30% 的光速順時針方向移動。

該研究的合著者、西班牙瓦倫西亞大學的 Ivan Marti-Vidal 表示,在未來,「我們應該能夠使用 GRAVITY 和 ALMA 的協調多波長觀測跨頻率跟蹤熱點——這樣的努力將是我們了解銀河系中心耀斑物理學的真正里程碑。」

藉助 EHT,該團隊還希望能夠直接觀察圍繞黑洞運行的氣體雲。 這將使他們能夠更接近黑洞並了解更多關於它的信息。 Wielgus 說:「希望有一天,我們會自信地宣布我們『知道』射手座 A* 發生了什麼。

資料來源:人馬座 A∗ 附近的軌道運動

圖片來源:EHT 合作,ESO/M。 Kornmesser(致謝:M. Wielgus)

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