黑洞及其陰影首次被拍攝成圖像,這是國際射電望遠鏡網絡稱為地平線望遠鏡(EHT)的歷史性壯舉。EHT是一項國際合作,在美國的支持包括國家科學基金會。
科學家利用視界望遠鏡獲得了M87星系中心黑洞的圖像,該圖像是在其重要事件視界附近的強重力影響下,周圍的熱氣體發出的。致謝:EventHorizon望遠鏡合作等。
黑洞是一個非常密集的物體,沒有光可以逃脫。任何進入黑洞「事件視界」的東西,都會被消耗掉,永遠不會重新出現,因為黑洞的重力難以想像。就其本質而言,無法看到黑洞,但環繞它的材料的熱盤閃耀著光芒。在明亮的背景下,例如這個圓盤,黑洞似乎會投下陰影。
令人驚嘆的新圖像顯示了梅西耶87(M87)中心超大質量黑洞的陰影,這是一個距地球約5500萬光年的橢圓星系。這個黑洞的質量是太陽質量的65億倍。捕捉它的陰影涉及全球八個地面射電望遠鏡,它們一起運行就好像它們是我們整個星球大小的望遠鏡。
「這是EHT團隊的一項了不起的成就,」華盛頓NASA總部天體物理學部主任PaulHertz說。「多年前,我們認為我們必須建造一個非常大的太空望遠鏡才能成像黑洞。通過讓世界各地的射電望遠鏡像一台儀器一樣協同工作,EHT團隊提前幾十年實現了這一目標。「
為了補充EHT的發現,美國宇航局的多個太空飛行器是EHT多波長工作組協調的一項大型工作的一部分,用不同波長的光線觀察黑洞。作為這項努力的一部分,美國宇航局的錢德拉X射線天文台,核光譜望遠鏡陣列(NuSTAR)和尼爾格赫爾斯斯威夫特天文台太空望遠鏡任務,都適應不同種類的X射線光,將他們的目光轉向了周圍的M87黑洞。與2017年4月的EHT相同。美國宇航局的費米伽瑪射線太空望遠鏡在EHT觀測期間也在觀察M87的伽馬射線光的變化。如果EHT觀察到黑洞環境結構的變化,可以使用這些任務和其他望遠鏡的數據來幫助弄清楚發生了什麼。
錢德拉X射線天文台特寫M87星系的核心。致謝:美國宇航局/CXC/維拉諾瓦大學/J.尼爾森
雖然美國宇航局的觀測並未直接追溯歷史圖像,但天文學家利用美國宇航局錢德拉和NuSTAR衛星的數據來測量M87射流的X射線亮度。科學家利用這些信息將他們的黑洞周圍的射流和圓盤模型與EHT觀測結果進行了比較。隨著研究人員繼續深入研究這些數據,可能會有其他見解。
關於黑洞的問題還有很多,美國宇航局的協調觀測可能有助於解決這些問題。關於為什麼粒子在黑洞周圍獲得如此巨大的能量提升,形成戲劇性的噴射,以近乎光速的速度從黑洞的兩極湧出的神秘事件仍然存在。當材料落入黑洞時,能量會去哪裡?
賓夕法尼亞州維拉諾瓦大學的天文學家JoeyNeilsen代表EHT領導了Chandra和NuSTAR分析,他說:「X射線可以幫助我們將事件視界附近的粒子與我們用望遠鏡測量的粒子聯繫起來。」多波長工作組。
錢德拉X射線天文台特寫M87星系的核心。致謝:美國宇航局/CXC/維拉諾瓦大學/J.尼爾森
美國宇航局太空望遠鏡之前曾研究過一架距離M87中心超過1000光年的噴氣式飛機。噴射器由靠近光速行進的粒子組成,從接近事件視界的高能量射出。EHT的設計部分是為了研究這種噴氣機的起源以及其他類似的噴氣機。哈勃天文學家在1999年發現了一種名為HST-1的噴射物質,經歷了一個神秘的增亮和暗淡循環。
科學家們強調,在地面和太空中獲得如此多的不同望遠鏡以使所有望遠鏡看向同一個天體,這本身就是一項巨大的任務。
「安排所有這些協調觀察對於EHT和Chandra以及NuSTAR任務規劃者來說都是一個非常難的問題,」Neilsen說。「他們為我們提供了我們擁有的數據真的令人難以置信的工作,我們非常感激。」
作為協調觀測一部分的Neilsen及其同事將致力於解剖來自M87黑洞的整個光譜,從低能量無線電波到高能伽馬射線。有了EHT和其他望遠鏡的大量數據,科學家可能會有多年的發現。