新聞速遞

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銀河系中心黑洞的磁場

2015年12月4日出版的科學(xué)雜志《Science》刊登了哈佛-史密松天體物理中心邁克爾.約翰遜等人的研究論文，撰寫該論文的科學(xué)家們首次測量了銀河系中心黑洞視界附近的磁場。之前，天文學(xué)家已經(jīng)推斷銀河系中心黑洞具有磁場，并以此為基礎(chǔ)對黑洞性質(zhì)進(jìn)行研究，但是，天文學(xué)家從未探測到黑洞的磁場。如今這一開天辟地的探測成果，使得之前有關(guān)銀河系中心黑洞的研究有了堅實(shí)的觀測基礎(chǔ)。

銀河系中心位于人馬座，因此，銀河系中心的黑洞被稱為“人馬座A*”，它的質(zhì)量約400萬太陽質(zhì)量。超大質(zhì)量黑洞就像一臺宇宙發(fā)動機(jī)，將落向它的物質(zhì)能量轉(zhuǎn)化為強(qiáng)烈的電磁輻射能，這種強(qiáng)烈的輻射遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過周圍恒星的總輻射。如果黑洞旋轉(zhuǎn)的話，它還會產(chǎn)生延長數(shù)千光年的物質(zhì)噴流。天文學(xué)家認(rèn)為，為星系中心黑洞發(fā)動機(jī)提供動力的就是它的磁場。

銀河系中心黑洞的視界直徑約1287萬千米，比水星的軌道半徑還小。它位于25，000光年的遠(yuǎn)處，它的視角僅僅10微角秒，由于引力使光線彎曲，它的實(shí)際視角約50微角秒。由位于不同地點(diǎn)的多個射電望遠(yuǎn)鏡組成的視界望遠(yuǎn)鏡（Event Horizon Telescope）具有很高的分辨本領(lǐng)，可以分辨15微角秒的信號特征，因此，它能夠測量銀河系中心黑洞的磁場。（供稿：夏寒）

銀河系中心黑洞的磁場（美術(shù)概念圖），黑洞周圍是物質(zhì)吸積盤，藍(lán)色曲線表示磁場。Credit：M.Weiss/CfA

黑洞吞噬恒星的美術(shù)概念圖，Credit：NASA/Goddard Space Flight Center/Swift

天文學(xué)家首次觀測到黑洞吞噬恒星

由美國約翰?霍普金斯大學(xué)（Johns Hopkins University）的天文學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)的研究小組觀測到黑洞吞噬恒星的天文事件。這次事件中的黑洞在超大質(zhì)量黑洞中算是較小的，僅有約100萬倍太陽質(zhì)量。被吞噬的恒星大小類似太陽，當(dāng)這顆恒星偏離它的固有軌道，滑落進(jìn)這顆超大質(zhì)量黑洞的勢力范圍后，被黑洞無情地吞噬掉。在這一過程中，黑洞附近出現(xiàn)了一個噴射物質(zhì)亮斑，亮斑中物質(zhì)的運(yùn)動速度接近光速。幸運(yùn)的是，天文學(xué)家觀測到了這一事件的整個過程。

黑洞這種天體具有非常大的質(zhì)量和密度，因此它可產(chǎn)生不可抗拒的引力，黑洞的組成物質(zhì)甚至光都不能擺脫它的引力而逃脫，導(dǎo)致黑洞不能被觀測到，這使得黑洞所在區(qū)域好似宇宙空間中的一塊空洞。天文學(xué)家預(yù)言，當(dāng)有大量物質(zhì)（氣體或恒星）被黑洞的強(qiáng)大引力吸引而落入黑洞時，會有等離子體噴流從黑洞邊緣噴出，這次黑洞吞噬恒星的事件，證實(shí)了這一理論預(yù)言。

之前，天文學(xué)家觀測到的黑洞噴流都是在黑洞吞噬大量物質(zhì)的過程之后。最早觀測這次被吞噬恒星的是美國俄亥俄州立大學(xué)的天文學(xué)家，2014年12月他們在夏威夷使用光學(xué)望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行觀測。后來，美國約翰?霍普金斯大學(xué)的范?費(fèi)爾岑（Van Velzen）聯(lián)合多個研究機(jī)構(gòu)的天文學(xué)家對此進(jìn)行了多波段觀測。他們的研究成果發(fā)表在《Science》上。（供稿：夏寒）

冥王星的高分辨率照片

2015年7月14日，新視野號探測器從冥王星旁邊飛過，對其進(jìn)行了仔細(xì)的觀測?，F(xiàn)在新視野號正在源源不斷地將觀測數(shù)據(jù)傳回地球。最近，新視野號傳回了它距離冥王星最近時拍攝的冥王星表面局部區(qū)域的圖片。這些圖片的分辨率比之前傳回的整個冥王星的圖片高六倍，具有每個像素相當(dāng)于大約77～85米的分辨能力，可以區(qū)分冥王星表面相當(dāng)于一座大樓大小的地形特征。

新傳回的這些圖片顯示了冥王星表面的環(huán)形山、山脈和冰川等地形特征。我們給出的這張圖片是史波尼克高原和山脈地區(qū)的接壤處。可以看出冥王星的大塊冰質(zhì)地殼與被稱為“al-ldrisi”的山脈緊密連接，碎塊物質(zhì)中彎彎曲曲的山脊圍繞著幾座高山，從這些圖片，天文學(xué)家推斷，由大冰塊構(gòu)成的高山是被不斷推擠翻滾而轉(zhuǎn)移到它們現(xiàn)在位置的。天文學(xué)家相信，通過研究這些高分辨率的圖片，人們一定會更深入地認(rèn)識冥王星這個天體。

預(yù)報劇烈太陽活動的利器

由英國貝爾法斯特女王大學(xué)（Queen’s University Belfast）的天文學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)的一支國際研究團(tuán)隊，正在美國夏威夷的茂伊島（the Islandof Maui)建造未來世界上最大的太陽望遠(yuǎn)鏡，這架造價約3億美元的DKI太陽望遠(yuǎn)鏡（daniel K Inouye solar telescope)預(yù)期2019年建成。利用該望遠(yuǎn)鏡天文學(xué)家可以測量太陽大氣外層區(qū)域的磁場，并由此預(yù)報太陽耀斑等劇烈太陽活動的爆發(fā)，因此，這將使得太陽活動預(yù)報向前邁進(jìn)一大步，是一項具有里程碑意義的成果。

太陽耀斑是太陽大氣中的爆發(fā)現(xiàn)象，它可以釋放巨大的磁場能量。太陽物理學(xué)家認(rèn)為，僅僅一個強(qiáng)大的耀斑就可能給地球帶來約2萬億美元的經(jīng)濟(jì)損失，其中包括對人造衛(wèi)星和輸電網(wǎng)的破壞，以及連帶的對人類生命和健康的危害。

建設(shè)中的DKI太陽望遠(yuǎn)鏡（daniel K Inouye solar telescope)，Credit：Brett Simison

通過DKI太陽望遠(yuǎn)鏡，天文學(xué)家可以更快速地測量太陽大氣中的磁場變化，這種磁場變化往往導(dǎo)致太陽耀斑的爆發(fā)，并進(jìn)而產(chǎn)生具有破壞作用的空間天氣事件。因此，這架太陽望遠(yuǎn)鏡會使天文學(xué)家找出太陽耀斑爆發(fā)的前兆。

由女王大學(xué)天體物理研究中心戴維?杰斯（David Jess）博士帶領(lǐng)的這支研究團(tuán)隊包括來自歐洲、美國和亞太地區(qū)等國家的天文學(xué)家。未來，在預(yù)報太陽活動的過程中，科學(xué)家除了利用DKI太陽望遠(yuǎn)鏡的數(shù)據(jù)外，還利用美國國家航空航天局的空間望遠(yuǎn)鏡“太陽動力學(xué)天文臺（SDO）”等設(shè)備的觀測數(shù)據(jù)。（供稿：夏寒）

我國天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)黑洞高速噴射物質(zhì)的新模式

2015年11月26日，國際科學(xué)期刊《自然》公布了一項中國科學(xué)家的重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)。國家天文臺劉繼峰研究員帶領(lǐng)團(tuán)隊首次從超軟X射線源發(fā)現(xiàn)相對論性高速噴流，它打破了天文學(xué)界以往的認(rèn)知，揭示了黑洞吸積和噴流形成的新方式?！蹲匀弧冯s志認(rèn)為此項工作是2015年度本領(lǐng)域內(nèi)最重要的五大發(fā)現(xiàn)之一。

黑洞在吞噬物質(zhì)的過程中有時也會產(chǎn)生向外的噴流。黑洞如何吞噬物質(zhì)及噴流如何形成是天體物理學(xué)中的重大前沿問題。劉繼峰領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊利用世界上最大的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡——西班牙的GTC（Gran Telescopio Canarias）十米望遠(yuǎn)鏡和美國的凱克（Keck）十米望遠(yuǎn)鏡，對千萬光年之外的旋渦星系M81中的極亮超軟X射線源進(jìn)行了光譜監(jiān)測研究，首次發(fā)現(xiàn)其光譜中具有高度藍(lán)移的氫元素發(fā)射線，揭示了該系統(tǒng)中存在速度達(dá)到0.2倍光速的相對論性重子噴流。

這項研究為理解黑洞吸積與噴流形成打開了一面新的窗口。此前天文學(xué)家普遍認(rèn)為黑洞吞噬物質(zhì)后不能產(chǎn)生超軟X射線譜態(tài)，且只有在X射線低硬譜態(tài)或甚高譜態(tài)下才會產(chǎn)生相對論性噴流?！霸诔沊射線源中發(fā)現(xiàn)相對論性噴流出乎所有人的意料，這改寫了我們對超軟X射線源的本質(zhì)和噴流形成的認(rèn)知。”美國科學(xué)院院士、英國皇家學(xué)會院士、哈佛大學(xué)終身教授拉梅什?納拉揚(yáng)（Ramesh Narayan）評論說。（供稿：夏寒）

旋渦星系M81中的極亮超軟X射線源位置。彩圖由美國的Hubble空間望遠(yuǎn)鏡、GALEX紫外望遠(yuǎn)鏡、Spitzer紅外望遠(yuǎn)鏡、Chandra X射線望遠(yuǎn)鏡的圖像合成。來自：國家天文臺網(wǎng)站

另一方面，這些圖片也充分展示了新視野號的良好觀測本領(lǐng)，自從2015 年7月，它一次次地給天文學(xué)家?guī)眢@喜和震撼。本次關(guān)于冥王星表面局部區(qū)域的高分辨率觀測圖片，只是覆蓋了史波尼克高原附近一條寬80千米的長條形區(qū)域。將來會有覆蓋更大區(qū)域的圖片傳回。（供稿：夏寒）

新視野號最新傳回的冥王星地表的高分辨率照片，Credit：NASA/JHUAPL/SwRI

首次觀測到土星磁層的爆發(fā)性能量釋放

使用卡西尼號航天器的探測數(shù)據(jù)，科學(xué)家首次發(fā)現(xiàn)土星磁層中爆發(fā)性能量釋放的直接證據(jù)。蘭卡斯特大學(xué)（Lancaster University）帶領(lǐng)的這個研究團(tuán)隊從觀測數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)土星磁層發(fā)生爆發(fā)現(xiàn)象時，卡西尼號航天器恰好經(jīng)過這里，因此，記錄下了這一爆發(fā)過程。對于土星磁層來說，這是第一次。

卡西尼號航天器是由美國國家航空航天局、歐洲空間局和意大利空間局聯(lián)合進(jìn)行的探測項目，主要是對土星及其衛(wèi)星系統(tǒng)進(jìn)行探測。土星磁層中爆發(fā)性能量釋放的機(jī)制是磁場重聯(lián)，科學(xué)家已經(jīng)對磁場重聯(lián)進(jìn)行過很多研究，在地球磁層和太陽大氣中經(jīng)常發(fā)生磁場重聯(lián)過程，導(dǎo)致那里發(fā)生爆發(fā)性事件，例如太陽耀斑。

從前，天文學(xué)家觀測到，直徑約500千米的土星衛(wèi)星土衛(wèi)二的南極地區(qū)有極羽現(xiàn)象，實(shí)際上這是不斷向空中噴射水造成的，土衛(wèi)二每秒大約向空中噴射100千克水。土衛(wèi)二噴出的水氣進(jìn)入空間，儲存在土星的磁層中，天文學(xué)家認(rèn)為，這些水氣不可能長期保存在那里，但是，不明白它們?nèi)绾蝸G失。觀測到土星磁層爆發(fā)性事件為這個疑問指出了一個可能的答案。

研究這一現(xiàn)象，有助于理解木星磁層及快速旋轉(zhuǎn)的年輕恒星的磁場。這一研究結(jié)果發(fā)表在科學(xué)期刊《Nature Physics》上。（供稿：夏寒）

土星磁層的美術(shù)圖，根據(jù)卡西尼號探測器獲得的數(shù)據(jù)繪制，Credit：NASA/JPL/JHUAPL

確定太陽耀斑加速粒子的機(jī)制

美國哈佛-史密松天體物理中心的研究人員陳彬等人，利用美國科學(xué)基金會的央斯基甚大陣射電望遠(yuǎn)鏡的觀測數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)太陽耀斑爆發(fā)過程中產(chǎn)生的高能量帶電粒子確實(shí)是由激波加速造成的。

太陽耀斑是太陽大氣中的劇烈爆發(fā)現(xiàn)象，它往往跟日冕物質(zhì)拋

射密切相關(guān)，這些太陽活動事件中，經(jīng)常產(chǎn)生大量高速帶電粒子，給太空中的宇航員、人造衛(wèi)星和其他航天器帶來傷害或損壞。之前，天文學(xué)家推測太陽耀斑區(qū)域中的激波是加速帶電粒子的元兇，它可將帶電粒子加速到接近光速，但是一直沒有可靠的觀測證據(jù)。陳彬等人的這項研究則以觀測數(shù)據(jù)支持了之前的理論猜想。

盡管央斯基甚大陣射電望遠(yuǎn)鏡建造于20世紀(jì)七十年代，但是2001 至2012年科學(xué)家對它進(jìn)行了改造升級，使得它成為具有現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)的觀測設(shè)備。除此之外，研究人員還利用了極紫外波段和X射線波段的觀測數(shù)據(jù)。

這項研究的合作者來自多個國家的多個研究機(jī)構(gòu)，包括美國國家射電天文臺、美國加州大學(xué)伯克利分校、美國新澤西理工學(xué)院、瑞士西北應(yīng)用科學(xué)與藝術(shù)大學(xué)等，他們的研究論文發(fā)表在2015年12月4日出版的國際學(xué)術(shù)期刊《Science》上，論文的第一作者陳彬博士2008年于中國科學(xué)院國家天文臺獲得碩士學(xué)位，導(dǎo)師為顏毅華研究員。（供稿：夏寒）

太陽耀斑中的粒子加速，Credit：Alexandra Angelich，NRAO/AUI/NSF

研究發(fā)現(xiàn)一半的開普勒地外巨行星候選體并非行星

由波爾圖大學(xué)天體物理和空間科學(xué)研究所亞歷山大?桑特爾內(nèi)領(lǐng)導(dǎo)的一個國際研究小組，對開普勒系外巨行星候選體進(jìn)行了五年徑向速度研究。他們使用了法國普羅旺斯天文臺的恒星內(nèi)部現(xiàn)象及地外行星觀測光譜儀進(jìn)行觀測，發(fā)現(xiàn)52.3%的開普勒系外行星候選體實(shí)際上是食雙星，2.3%是褐矮星。

桑特爾內(nèi)說：“人們認(rèn)為開普勒地外行星探測的可靠性非常好，應(yīng)該僅有約10%到20%的發(fā)現(xiàn)并非行星。但是我們對開普勒發(fā)現(xiàn)的最大的一些系外行星進(jìn)行廣延光譜巡天，顯示這一比例遠(yuǎn)比預(yù)想要高，甚至超過50%?！?/p>

發(fā)現(xiàn)巨型凌星系外行星時，很容易誤判。所以需要光譜跟蹤觀測，以確定凌星行星的本質(zhì)，分辨其中混合的多恒星系統(tǒng)。12月2日于夏威夷舉行慶祝第一顆圍繞類似太陽的恒星轉(zhuǎn)動的系外行星發(fā)現(xiàn)20周年的第三屆極端太陽系會議，研究結(jié)果是在此次會議上發(fā)布的。（供稿：李珊珊）

老年恒星的“減重秘方”

一些天文學(xué)家使用歐洲南方天文臺的甚大望遠(yuǎn)鏡，拍攝到了超巨星大犬座VY附近最清晰的圖片。這一觀測展示了這顆恒星附近塵埃中，超乎想象的大尺寸粒子是如何讓恒星在邁向死亡的過程中失去大量物質(zhì)的。

大犬座VY是一顆紅巨星，是我們目前已知的銀河系內(nèi)最大的恒星之一。它的質(zhì)量大約是太陽質(zhì)量的30到40倍，亮度是太陽的30多萬倍。在邁向死亡的階段里，恒星不斷膨脹。如果將它放置在太陽的位置上，它應(yīng)該已經(jīng)將木星的軌道包圍進(jìn)去。

對大犬座VY的最新觀測，使用了甚大望遠(yuǎn)鏡上的高光譜偏振對比度系外行星研究儀器（SPHERE）。它可以更清晰地顯示出恒星周圍的細(xì)節(jié)。研究發(fā)現(xiàn)，恒星周圍的塵埃由直徑約為0.5微米的塵埃組成。這些塵埃可以有效地散射恒星發(fā)出的光，并被輻射壓力推動，遠(yuǎn)離恒星。文章的第一作者，來自“臺灣”中央研究院天文和天體物理研究所的彼得?施克陸納說：“大質(zhì)量恒星的生命較短，在接近死亡的時候，它們會流失大量質(zhì)量。過去我們并不清楚這一現(xiàn)象的原因，但是現(xiàn)在，借助SPHERE的數(shù)據(jù)，我們發(fā)現(xiàn)大尺寸的塵埃微?？梢越忉屵@一現(xiàn)象?！保ü└澹豪钌荷海?/p>

甚大望遠(yuǎn)鏡圖像，高光譜偏振對比度系外行星研究儀器拍攝的大犬座VY周圍景象。

藝術(shù)家繪制的褐矮星的概念圖。Credit: NASA/JPL-Caltech

位于火星赤道附近的里奇撞擊坑，這里的黏土礦物形成于撞擊之后。Credit：NASA/JPL/University of Arizona/Brown University

火星黏土等礦物質(zhì)的形成時間

火星表層物質(zhì)被水侵蝕，可以形成黏土和其他礦物質(zhì)，天文學(xué)家在火星的許多地點(diǎn)發(fā)現(xiàn)了這種情形。一直以來天文學(xué)家認(rèn)為，黏土和礦物質(zhì)的形成發(fā)生在火星的早期地質(zhì)年代，大約37億年以前。最近，美國布朗大學(xué)的科學(xué)家拉爾夫?米利肯（Ralph Milliken）和維維安?孫（Vivian Sun），利用火星勘測軌道飛行器獲得的數(shù)據(jù)，對火星表面多個撞擊坑進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)許多處黏土等礦物質(zhì)形成的火星地質(zhì)年代較晚，距今約20億年以內(nèi)。這比原來的看法要晚得多。

在撞擊坑的中心往往有一個突起，這是由于被撞區(qū)域的物質(zhì)反彈上升造成的，這里往往有下層物質(zhì)被彈到表面，這些物質(zhì)形成于地質(zhì)年代早期。兩位科學(xué)家研究了633個火星表面撞擊坑，其中265個撞擊坑的中心存在水作用形成的黏土和其他礦物。在265個撞擊坑中，65%的情形是表面之下物質(zhì)反彈到表面之上，其余35%則不是?？茖W(xué)家研究認(rèn)為，后一種情況中，黏土和礦物的形成年齡應(yīng)當(dāng)在約20億年之內(nèi)。

另外，有些撞擊坑的黏土是在撞擊作用發(fā)生后慢慢形成的，并非早期形成的下層物質(zhì)反彈到表面；還有些撞擊坑本身發(fā)生的年代比較晚。這都說明火星表面晚期的黏土形成并不少見?？茖W(xué)家的這一研究結(jié)果刊登在國際科學(xué)期刊《Journal of Geophysical Research: Planets》上。（供稿：夏寒）

（責(zé)任編輯 張長喜）