使用阿塔卡馬大型毫米/亞毫米陣列（ALMA），天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)了圍繞人馬座A *（我們銀河系中心的黑洞）運(yùn)行的“熱點(diǎn)”的跡象。這一發(fā)現(xiàn)有助于我們更好地了解超大質(zhì)量黑洞的神秘和動(dòng)態(tài)環(huán)境。
我們認(rèn)為，我們看到的是一個(gè)熱氣泡在人馬座a *的軌道上，其大小與水星的軌道相似，但繞人馬座a *旋轉(zhuǎn)一圈只需大約70分鐘。這需要大約30%光速的思維速度!德國(guó)波恩馬克斯普朗克射電天文研究所的Maciek Wielgus說，他領(lǐng)導(dǎo)了今天發(fā)表在《天文學(xué)與天體物理學(xué)》上的這項(xiàng)研究。
這些觀測(cè)是在事件視界望遠(yuǎn)鏡(EHT)合作的黑洞成像活動(dòng)中，由位于智利安第斯山脈的ALMA(歐洲南方天文臺(tái)(ESO)共同擁有的射電望遠(yuǎn)鏡)進(jìn)行的。2017年4月，EHT將全球現(xiàn)有的8個(gè)射電望遠(yuǎn)鏡(包括ALMA)連接在一起，產(chǎn)生了最近發(fā)布的第一張人馬座A*的圖像。為了校準(zhǔn)EHT數(shù)據(jù)，作為EHT合作小組成員的Wielgus和他的同事使用了與人馬座A*的EHT觀測(cè)同時(shí)記錄的ALMA數(shù)據(jù)。令研究小組驚訝的是，在只有alma的測(cè)量中，隱藏著更多關(guān)于黑洞性質(zhì)的線索。
偶然的是，一些觀測(cè)是在我們星系中心發(fā)射x射線能量爆發(fā)或耀斑后不久完成的，美國(guó)宇航局的錢德拉太空望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了這一現(xiàn)象。以前用x射線和紅外望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)到的這種耀斑，被認(rèn)為與所謂的“熱點(diǎn)”有關(guān)，即高速運(yùn)行、靠近黑洞的熱氣泡。
“真正新的和有趣的是，迄今為止，這種耀斑只在人馬座A*的x射線和紅外觀測(cè)中清晰地存在。在這里，我們第一次看到一個(gè)非常強(qiáng)烈的跡象，表明繞軌道運(yùn)行的熱點(diǎn)也存在于射電觀測(cè)中，”Wielgus說。他同時(shí)也是波蘭哥白尼天文中心和美國(guó)哈佛大學(xué)黑洞計(jì)劃的成員。
荷蘭內(nèi)梅亨大學(xué)的博士生杰西·沃斯也參與了這項(xiàng)研究，他補(bǔ)充說:“也許這些在紅外波長(zhǎng)下探測(cè)到的熱點(diǎn)是相同物理現(xiàn)象的表現(xiàn):當(dāng)紅外發(fā)射熱點(diǎn)冷卻下來時(shí)，它們?cè)诟L(zhǎng)的波長(zhǎng)下變得可見，就像ALMA和EHT觀測(cè)到的那樣?！?/p>
長(zhǎng)期以來，人們一直認(rèn)為這些耀斑源于人馬座A*附近的高溫氣體的磁場(chǎng)相互作用，新的發(fā)現(xiàn)支持了這一觀點(diǎn)。“現(xiàn)在我們發(fā)現(xiàn)了這些耀斑的磁場(chǎng)起源的有力證據(jù)，我們的觀測(cè)為我們提供了有關(guān)這一過程的幾何形狀的線索。新數(shù)據(jù)對(duì)建立這些事件的理論解釋非常有幫助，”來自內(nèi)梅亨大學(xué)的合著者M(jìn)onika moichcibrodzka說。
ALMA允許天文學(xué)家研究人馬座A*的極化射電發(fā)射，這可以用來揭示黑洞的磁場(chǎng)。研究小組將這些觀測(cè)結(jié)果與理論模型結(jié)合起來，進(jìn)一步了解了熱點(diǎn)的形成及其所處的環(huán)境，包括人馬座A*周圍的磁場(chǎng)。他們的研究為磁場(chǎng)的形狀提供了比以往觀測(cè)更強(qiáng)的約束條件，幫助天文學(xué)家揭示黑洞及其周圍環(huán)境的本質(zhì)。
這些觀測(cè)結(jié)果證實(shí)了ESO的甚大望遠(yuǎn)鏡(VLT)上的重力儀器此前的一些發(fā)現(xiàn)，該儀器以紅外線進(jìn)行觀測(cè)。來自GRAVITY和ALMA的數(shù)據(jù)都表明，耀斑起源于圍繞黑洞旋轉(zhuǎn)的一團(tuán)氣體，其速度約為30%的光速，在天空中順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，熱點(diǎn)的軌道幾乎是正對(duì)的。
該研究的合著者、西班牙València大學(xué)的Ivan Marti-Vidal說:“在未來，我們應(yīng)該能夠使用與GRAVITY和ALMA協(xié)調(diào)的多波長(zhǎng)觀測(cè)來跨頻率跟蹤熱點(diǎn)——這種努力的成功將是我們理解銀河系中心耀斑物理的真正里程碑?！?/p>
該團(tuán)隊(duì)還希望能夠通過EHT直接觀察軌道上的氣體團(tuán)塊，從而更接近黑洞，了解更多關(guān)于黑洞的信息?！跋Ｍ幸惶?，我們可以放心地說，我們‘知道’射手座A*發(fā)生了什么，”維格斯總結(jié)道。
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本研究發(fā)表在《天文學(xué)與天體物理學(xué)》(https://www.aanda.org/10.1051/0004-6361/202244493)的論文《人馬座A*附近的軌道運(yùn)動(dòng)-來自極化ALMA觀測(cè)的約束》中。
該團(tuán)隊(duì)由M. Wielgus(德國(guó)馬克斯-普朗克研究所für射電天文學(xué)[MPIfR];波蘭科學(xué)院哥白尼天文中心，波蘭;美國(guó)哈佛大學(xué)黑洞計(jì)劃[BHI])， M. Moscibrodzka(荷蘭內(nèi)梅亨大學(xué)天體物理系[內(nèi)梅亨])，J. Vos(內(nèi)梅亨)，Z. Gelles(美國(guó)哈佛和史密森尼天體物理中心|)，I. Martí-Vidal(西班牙大學(xué)València)， J. Farah(美國(guó)拉斯坎布雷斯天文臺(tái);加州大學(xué)，圣巴巴拉，美國(guó))，N. Marchili(意大利ALMA區(qū)域中心，意大利inafi – di射電天文學(xué)研究所和MPIfR)， C. Goddi (Dipartimento di Fisica, Università degli Studi di卡利亞里，意大利和圣保羅大學(xué)S?o Paulo，巴西)，和H. Messias(智利ALMA聯(lián)合天文臺(tái))。
阿塔卡馬大型毫米/亞毫米陣列(ALMA)是一個(gè)國(guó)際天文設(shè)施，是ESO、美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)(NSF)和日本國(guó)家自然科學(xué)研究院(NINS)與智利共和國(guó)合作的伙伴關(guān)系。ALMA由ESO代表其成員國(guó)提供資助，由NSF與加拿大國(guó)家研究理事會(huì)(NRC)和科技部(MOST)合作提供資助，由NINS與臺(tái)灣中央研究院(AS)和韓國(guó)天文與空間科學(xué)研究所(KASI)合作提供資助。ALMA的建設(shè)和運(yùn)作由ESO代表其成員國(guó)領(lǐng)導(dǎo);由聯(lián)合大學(xué)公司(AUI)管理的國(guó)家射電天文臺(tái)(NRAO)代表北美;以及由日本國(guó)家天文臺(tái)(NAOJ)代表東亞觀測(cè)。聯(lián)合ALMA天文臺(tái)(JAO)統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)和管理ALMA的建設(shè)、調(diào)試和運(yùn)行。
歐洲南方天文臺(tái)(ESO)使全世界的科學(xué)家能夠發(fā)現(xiàn)宇宙的秘密，造福所有人。我們?cè)诘孛嫔显O(shè)計(jì)、建造和運(yùn)營(yíng)世界級(jí)的天文臺(tái)——天文學(xué)家用它們來解決令人興奮的問題，傳播天文學(xué)的魅力——并促進(jìn)天文學(xué)的國(guó)際合作。
ESO成立于1962年，是一個(gè)政府間組織，今天得到了16個(gè)成員國(guó)的支持(奧地利、比利時(shí)、捷克共和國(guó)、丹麥、法國(guó)、芬蘭、德國(guó)、愛爾蘭、意大利、荷蘭、波蘭、葡萄牙、西班牙、瑞典、瑞士和英國(guó))，以及東道國(guó)智利和澳大利亞作為戰(zhàn)略伙伴。
ESO的總部、游客中心和ESO超新星天文館位于德國(guó)慕尼黑附近，而智利的阿塔卡馬沙漠是一個(gè)極好的地方，有著獨(dú)特的觀察天空的條件，是我們的望遠(yuǎn)鏡的所在地。ESO有三個(gè)觀測(cè)點(diǎn):拉新羅、帕拉納爾和查南托。在帕拉納爾，ESO操作著超大望遠(yuǎn)鏡及其超大望遠(yuǎn)鏡干涉儀，以及兩臺(tái)巡天望遠(yuǎn)鏡，用于紅外的VISTA和可見光VLT巡天望遠(yuǎn)鏡。此外，帕拉納爾ESO還將主辦并運(yùn)行切倫科夫南望遠(yuǎn)鏡陣列，這是世界上最大、最靈敏的伽馬射線天文臺(tái)。ESO與國(guó)際合作伙伴一起，在查南托運(yùn)營(yíng)著APEX和ALMA，這兩個(gè)設(shè)施可以觀測(cè)毫米和亞毫米范圍內(nèi)的天空。在帕拉納爾附近的Cerro Armazones，我們正在建造“世界上最大的天空之眼”——ESO的超大望遠(yuǎn)鏡。
