黑洞新圖像表明存在巨型磁場(chǎng)

事件視界望遠(yuǎn)鏡拍攝到的M87星系黑洞新圖像揭示了該黑洞周圍旋轉(zhuǎn)的物質(zhì)所發(fā)射的光波的偏振（亮線）。這種偏振與黑洞的磁場(chǎng)有關(guān)

天文學(xué)家首次發(fā)現(xiàn)了纏繞在黑洞周圍的磁場(chǎng)。2021年3月24日，研究人員在《天體物理學(xué)快報(bào)》在線版發(fā)表的兩項(xiàng)研究報(bào)告稱，事件視界望遠(yuǎn)鏡揭示了M87星系中心超大質(zhì)量黑洞周圍熾熱的發(fā)光氣體具有磁性。這些磁場(chǎng)被認(rèn)為在黑洞如何吞噬物質(zhì)并將強(qiáng)大的等離子體噴射到數(shù)千光年之外的太空中起著至關(guān)重要的作用。

美國(guó)馬里蘭大學(xué)天體物理學(xué)家艾琳·邁耶（Eileen Meyer）表示：“幾十年來(lái)，我們清楚地知道，從某種意義上說(shuō)，噴流的動(dòng)力源自超大質(zhì)量黑洞的吸積作用，而吸入的螺旋形氣體和釋放的等離子體則被高度磁化。但在具體細(xì)節(jié)方面，還存在諸多不確定性。此前，黑洞視界附近還從未發(fā)現(xiàn)存在等離子體磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)。”

M87星系內(nèi)部的超大質(zhì)量黑洞是第一個(gè)被捕捉到圖像的黑洞。它是利用2017年4月全球觀測(cè)站網(wǎng)的觀測(cè)數(shù)據(jù)創(chuàng)建的，這些觀測(cè)站共同組成了一個(gè)虛擬的地球大小的盤狀射電拋物面，被稱為事件視界望遠(yuǎn)鏡。在圖像中，黑洞陰影在吸積盤的映襯下顯現(xiàn)出來(lái)——明亮的超熱氣體漩渦環(huán)繞著黑洞的黑暗中心旋轉(zhuǎn)。

新的分析使用了相同的觀測(cè)數(shù)據(jù)。但與第一張黑洞圖像不同，新的圖像解釋了黑洞周圍氣體發(fā)射的光波的偏振現(xiàn)象。利用偏振可以確定光波的方向——無(wú)論是上下擺動(dòng)，左右擺動(dòng)，還是以一定角度擺動(dòng)，它都會(huì)受到磁場(chǎng)的影響。因此，通過(guò)繪制M87黑洞邊緣附近的光的偏振圖，研究人員能夠揭示出可能存在的磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)。

該研究小組發(fā)現(xiàn)的證據(jù)表明，一些磁場(chǎng)環(huán)繞著黑洞旋轉(zhuǎn)，同時(shí)伴有圓盤狀物質(zhì)旋入黑洞?？屏_拉多大學(xué)博爾德分校天體物理學(xué)家杰森·德克斯特（Jason Dexter）認(rèn)為：“這是意料之中的事，因?yàn)楫?dāng)氣體旋轉(zhuǎn)時(shí)，基本上能夠攜帶磁場(chǎng)。但是，該磁場(chǎng)并不只是隨氣體的運(yùn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)，還存在一些有趣的地方。”德克斯特和他的同事發(fā)現(xiàn)，至少有一些磁場(chǎng)線與吸積盤向上或向下垂直，或者直接指向或遠(yuǎn)離黑洞。他說(shuō)，這些磁場(chǎng)必須非常強(qiáng)大，才不至于被下落氣體的漩渦所拖曳。

荷蘭拉德堡德大學(xué)天體物理學(xué)家、此項(xiàng)研究的共同作者莫妮卡·莫西布羅茲卡（Monika Mo?cibrodzka）介紹說(shuō)，如此強(qiáng)大的磁場(chǎng)實(shí)際上可能會(huì)對(duì)一些向黑洞方向旋轉(zhuǎn)的物質(zhì)產(chǎn)生反作用力，并幫助它們克服黑洞的引力。與吸積盤向上和向下垂直的磁場(chǎng)也可以通過(guò)引導(dǎo)物質(zhì)向黑洞的兩極移動(dòng)并使其速度加快，幫助黑洞釋放等離子體噴流。