太陽鏡下的黑洞，別有洞天
加註在人類第一張黑洞照片上的偏振信息
圖解：繼2019年第一張黑洞照片發布後，天文學家們重製了該黑洞的偏振光圖像。
當年，有史以來黑洞照片的第一次發布曾震動了全世界。現在，天文學家們又一次發布了黑洞的照片，而這次還獲得了黑洞周圍磁場的部分信息，使得人們對於這種超大質量天體有了新方面的認識。
2019年，事件視界望遠鏡（the Event Horizon Telescope，縮寫為EHT）組織拍攝了第一張黑洞照片。該黑洞位於M87星系中心，距離地球約5500萬光年。照片的內容是一個中心較暗的亮環，這個較暗的中心就是黑洞所在的區域。在拍攝這張照片時，天文學家注意到黑洞周圍有大量的偏振光。現在，黑洞的偏振光照片也被拍攝出來了，它展現了黑洞的另一個樣子。
偏振光是一種具有方向性的光，它和自然光在亮度規律上存在差異。自然光在穿過太陽鏡後會成為偏振光。類似地，在高溫強磁場環境下粒子產生的同步輻射光也存在偏振現象。
因為光的偏振和磁場息息相關，所以這張偏振光的照片清楚地表明，黑洞周圍亮環所在的區域是充滿磁場的。EHT偏振工作組成員、荷蘭拉德堡德大學助理教授莫妮卡·莫西布羅德斯卡（Monika Moscibrodzka）告訴我們：「這說明，亮環區域所發出的光肯定和事件視界附近的磁場脫不開干係。」
這是天文學家第一次測量到如此靠近黑洞邊緣的區域所發出的偏振光。這張黑洞的新照片非常壯觀，不僅如此，它還向我們提供了一些關於M87黑洞所發射的強射電噴流的新信息。
「在首次發布的照片中，我們只刻畫了光的強度，」 莫西布羅德斯卡談到2019年發布的那張照片時說，「現在，我們把偏振的信息也添加上去了。」
科羅拉多大學博爾德分校助理教授、EHT理論工作組成員傑森·德克斯特（Jason Dexter）在一封電子郵件中寫道：「新發布的這張帶有偏振信息的照片，標誌著人們已經朝著更多地了解黑洞附近氣體，進而了解黑洞如何生長、如何產生射電噴流邁出了重要一步。」。
為了拍攝黑洞的照片，該項目使用了來自世界各地的八台望遠鏡（即EHT），將它們的力量結合起來，就像建造了一個地球大小的望遠鏡一樣。
「EHT的射電望遠鏡有接收器，可以用記錄宇宙中的偏振光信號，」西班牙瓦倫西亞大學EHT偏振測量工作組成員、GenT特聘研究員伊萬·馬蒂·維達爾（Ivan Marti Vidal）稱，「這些偏振光接收器的工作方式與人們使用的偏光太陽鏡類似。」
通過M87星系中黑洞的偏振光照片，研究小組更好地觀測了黑洞的事件視界。事件視界也被稱為「不歸點」，因為在事件世界內部，任何物質都不可能逃出黑洞了。該照片還能幫助研究小組更好地研究吸積盤中物質的相互作用。吸積盤是一個繞轉在黑洞周圍的由熱氣和彌散在空間中的其他物質組成的圓盤，其中的物質不停地向黑洞視界內部掉落。
這張偏振光照片以及該團隊的努力，進一步加深了科學家對黑洞附近磁場的理解。畢竟，M78星系中心的黑洞是怎麼把比整個M78星系還要龐大的射電噴流噴發出來的，這仍然是一個謎。
「天文學家長期以來一直認為黑洞附近的熱氣激發的磁場在讓吸積盤中的物質掉入黑洞並向周圍發射相對論性高能粒子噴流方面發揮著重要作用。而我們看到的偏振光照片告訴我們，在M87星系黑洞的噴流處的磁場，在結構和強度上都相當接近於天文學家們一直所認為的。」德克斯特說。
圖解：M87星系中黑洞噴流的偏振光照片，表征了噴流方向上的磁場結構。
況且，觀測結果不僅僅表征了M87星系中黑洞邊緣的磁場，還表明那裡的熱氣是強烈磁化的。
德克斯特補充道：「我們不僅像預期的那樣觀測到了黑洞附近的磁場，更主要的發現是，這個磁場應是相當強的。我們的研究結果表明，磁場會影響黑洞周圍氣體的運動，使其更難掉入黑洞。這個結果為研究黑洞如何吞噬物質而變大的課題提供了一條有趣的線索。」
馬蒂·維達爾說：「我們仍然不明確黑洞產生噴流的所有細節，但我們知道磁場可能發揮著關鍵作用。」該團隊稱，未來打算繼續研究M87星系的黑洞，且不僅要以偏振光的視角觀測它，還要「以不同的觀測波長對其成像，來製作黑洞及其周圍區域的更完整的照片，並更精細地探查黑洞周圍的磁場數據」。
這項研究有EHT的來自世界各地組織的300多名研究人員參與，其具體內容已於2021年3月24日發表在《天體物理學雜誌通訊》（The Astrophysical Journal Letters）的兩篇論文[1]中。
BY: Chelsea Gohd
FY: 浪漫主義學派
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