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M87*的驚人尺寸是它成為事件視界望遠鏡(EHT)捕捉世界上第一幅黑洞圖像的最佳候選者的部分原因。這一壯舉在2017年實現,當它在2019年被揭示給世界時,立即被譽為天體物理學中的一個突破。這幅圖像是多年工作的最高成就,使用瞭世界各地的少數幾個天文臺,這些天文臺基本上作為一個行星大小的望遠鏡發揮作用。這一突破讓科學傢們看到瞭Messier 87的黑暗心臟所投下的陰影。

但這僅僅是個開始。

天體物理學傢們並不打算隻停留在一個黑洞上。他們隨後將註意力轉向瞭另一個超大質量黑洞,它的質量隻有M87*的1/100,位於附近被稱為人馬座A的中心。使用捕捉到M87*的相同技術,天體物理學傢現在能夠以超高的分辨率拍攝到從人馬座A的黑洞中噴射出來的強大物質,揭示瞭關於這些令人困惑的現象是如何出現的。

這些細節於周一發表在《自然-天文學》雜志上。

“EHT的主要目標是對黑洞進行成像,”德國波恩馬克斯-普朗克射電天文研究所的天體物理學傢Michael Janssen說,他是這項研究的主要作者。“但是噴流是由我們正在研究的黑洞自然發射的。因此,為瞭充分瞭解黑洞,我們也需要瞭解這些射流以及它們是如何產生的。”

宇宙射流是由許多黑洞產生的--包括M87*--基本上是由快速旋轉的黑洞吸積盤拋出的失控的等離子體“列車”。

澳大利亞科廷大學的天體物理學傢、國際射電天文學研究中心(ICRAR)的成員James Miller-Jones說:"這些狹窄、集中的等離子體束從靠近黑洞(其大小小於我們的太陽系)的小范圍內帶走瞭能量,並以更大的尺度沉積到周圍環境。米勒-瓊斯說,噴氣機可以影響星系和星系團的演變--因此天文學傢們渴望更好地瞭解它們。

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Janssen及其同事就是這樣一個天文學傢群體。他們想放大噴流,看看它們在靠近黑洞的地方是如何運作的。EHT使之成為可能。

EHT由來自世界各地的八個天文臺組成,使用一種被稱為甚長基線幹涉測量的技術,或VLBI。 Janssen指出,一般來說,更大的望遠鏡能提供更清晰的圖像--但你隻能把它們造得這麼大。EHT不是制造一個單一的望遠鏡,而是將世界各地的望遠鏡虛擬連接起來,提供一個相當於 "數千公裡大小 "的單一望遠鏡的分辨率。

有瞭它,研究小組可以聚焦於人馬座A的噴流,並比以前更清晰地看到它。這也使他們能夠在極其接近黑洞的地方對噴流進行成像。

Janssen說:“我們能夠以亞光天的分辨率研究這個噴流,這在以前是從未實現過的。EHT觀測使研究小組能夠看到距離黑洞大約0.6光天的地方--這聽起來很小,但它相當於太陽和冥王星之間距離的2.5倍,即96億英裡。”

窺視人馬座A的“心臟”,並將他們的觀測結果與理論模型進行比較,研究小組發現這個黑洞的噴流邊緣變亮,看起來與M87*所產生的噴流驚人地相似。這很關鍵,因為它讓我們回到瞭我們的開篇問題。所有黑洞的功能都是一樣的嗎,無論大小如何?

人馬座A的噴流表明情況可能是這樣的。這很重要,原因有二:它符合愛因斯坦的廣義相對論,而且它 “證明瞭噴流的基本屬性取決於發射它們的黑洞質量”,Miller-Jones說。他補充說,這種比例可能適用於小得多的黑洞,其質量僅為太陽的10到100倍。

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