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活動黑洞和安靜黑洞之間的區別,為何射手座如此安靜?

6月
15
2019

2019年6月15日19時 環球科學貓

環球科學貓

在銀河系超大質量黑洞周圍的塵埃環上,被磁場的流線覆蓋,其中朝向黑洞落下的溫暖材料,形成了Y形結構,而黑洞則位於兩個臂的交叉點附近。為什麼其他星系的超大黑洞,不像銀河系中心的射手座A *這樣安靜?終於,科學家們通過NASA的SOFIA(紅外天文學平台觀測站)觀測,揭示了銀河系中心強磁場線前所未有的信息,問題的答案就在於磁力。

活動黑洞和安靜黑洞之間的區別

知道活動黑洞和安靜黑洞之間有何不同,就能明白為什麼我們的黑洞是安靜的,而其他星系是活躍的。科學家首先需要了解的就是:黑洞和磁場之間的相互作用,是如何進行的。處於銀河系中心的射手座A *,因為其本身的強引力主導了銀河系的核心。在一般情況下,只要有材料落入黑洞,就會導致其發出高能輻射,我們也可以由此知道它們的存在。

但是,射手座A

*卻在這方面表現不同,和其他星系中的黑洞不同的是,這個銀河系的心臟所產生的輻射,遠低於科學家們的預期,所以表現的尤為安靜。這點引起了研究人員的懷疑,在它的周圍有無形的磁場線。通過新的圖像分析,在太空中有一個延伸光年的結構,有很多看不見的線條形成,它們可以阻止物質落入黑洞。當這巨大的磁場將物質撞擊到黑洞捕獲的軌道上,那麼為何大部分會沉睡就有了答案。實際中的它,看上去如此暗淡,以至於在天空中,也可以被磁星超越,黑洞周圍的軌道都被磁場的螺旋形狀引入氣體。

包裹在強大磁場中的超級磁星是何物

早在2013年,一顆包裹在強大磁場中的超級磁星,在SagA *和地球之間點亮,從此科學家們一直在努力用X射線望遠鏡觀察黑洞。望遠鏡經常看到黑洞周圍其他更近的恆星,作為不同的物體。整個天空周圍是1,296,000弧秒,而SagA *和磁星(名為SGR 1745-2900)的角度是這樣的:從地球的角度看,幾乎在彼此的頂部,在天空中也僅相差2.4弧秒。

最終,同類太空中最銳利的望遠鏡、錢德拉X射線天文台,看到實際上有兩個X射線源:明亮閃爍的新光,以及靜止的SagA *周圍氣體相對較暗的部分。隨著時間的推移,雖然比典型的慢,但磁星的發光已經褪色,。即使是錢德拉也不容易分辨哪些X射線光子,來自黑洞周圍的熱氣體、以及來自磁星的熱氣體。它們看起來有點像汽車的兩個車頭燈,並且已經開始融合成一個。

原本看不見的磁場線如何被跟蹤

不管這些磁線是存在於磁鐵周圍,還是黑洞之中,該磁場都是看不見的。所以,科學家們使用了映射磁場線的方法。在波音747飛機的背面,被研究人員安裝了SOFIA的NASA紅外望遠鏡。雖然SOFIA看不到那些看不見的線條,但它卻可以看到塵埃粒子漂浮在那些線條上。具體來說,他們採用了SOFIA最新的儀器,即高解析度機載寬頻相機(HAWC +),以跟蹤塵埃粒子發出的偏振遠紅外線。

由於磁場結構的原因,導致了所有粒子指向一個方向:就像太陽鏡可以使穿過它們的光極化一樣,這些對齊的粒子反過來使穿過塵埃的紅外光偏振,由於塵埃粒子垂直於磁場排列,讓研究人員能夠找出線條的位置、以及它們指向的方向,並能夠繪製形狀、推斷出黑洞周圍磁場的強度。科學家將新地圖與射手座A *的中紅外圖像相結合,揭示了磁場的方向。

為何無法直接觀察到磁場中的磁線

一些超大質量的黑洞,在這些光線上顯示出來,但射手座A *是一種比較常見的「靜止」式超大質量黑洞。一旦東西超出了黑洞的事件視野,它就會在功能上永遠消失。從我們的角度來看,事件視界之外的空間是真正的黑色,而那裡什麼都看不到。

但是,由於事件地平線望遠鏡,在處女座A星系中的超大質量黑洞的圖像,顯示了這個信息,黑洞周圍的事件視界通常被包裹在落入物質的雲中。而且這種材料的移動速度非常快,隨之所產生的摩擦也很大,可以照亮天文學家從地球上看到的光線。

星系的生命周期和承載黑洞的拼圖

磁場線的測量是令人興奮的,但也有科學家懷疑這些線是否完全解釋了黑洞的安靜狀態。但每一個發現,如射手座A *周圍磁場的作用,都有助於提供一塊拼圖,並且只有擁有足夠的拼圖,我們才有希望了解星系的生命周期和它們所承載的黑洞。而射手座A *是距離太陽最近的超大質量黑洞,因此​​提供了一個學習神秘巨人如何運作的好機會。

對於磁力線可以完全解釋為什麼射手座A *如此安靜、又或者其他超大質量黑洞因同樣的原因而安靜,儘管有人對此持懷疑態度,但這項研究成功依然很重要,它為天文學科學家提供了新的、解開超大質量黑洞行為奧秘的鑰匙。HAWC +就像是一個改變遊戲規則的人,這也是我們能夠真正看到磁場和星際物質,如何相互作用的第一個實例。


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