NASA 對互繞的超大質量黑洞進行可視化模擬

作者 | 發布日期 2021 年 04 月 21 日 8:30 | 分類 天文 , 自然科學 Telegram share ! follow us in feedly


雖然直接成像黑洞和其周圍的空間非常困難,但這並不是天文學家們觀察黑洞的唯一方法,基於多年的觀察和分析,有一個長達數十年的黑洞視覺化計劃,可以追溯到法國天文學家 Jean-Pierre Luminet 在 20 世紀 70 年代的工作。

當一個龐大的國際科學家團隊最終捕捉到一個超大質量黑洞的直接影像,亦即著名的M87*,黑洞視覺化模擬非常接近我們所看到的,這證明該計劃的預測是非常準確的,由於涉及到極強的重力場,光徑會發生扭曲,強度也會隨著它所彎曲的方向而改變。

那麼,如果不是一個,而是兩個黑洞鎖在相互的軌道上,每個黑洞都有自己的引力,每個黑洞都被自己發光的塵埃和氣體吸積盤所環繞,會發生什麼呢?它看起來可能會像美國太空總署(NASA)最新發布的黑洞視覺化影像。NASA 的戈達德太空飛行中心把兩個黑洞湊合在一起,一個較大的有 2 億太陽質量,另一個較小的只有前者的一半,這種雙黑洞系統,科學家認為兩者都可以維持吸積盤持續數百萬年,以下是影片的介紹。

模擬影片的前半段,就好像你從上往下俯瞰兩個超大質量黑洞繞著對方旋轉,它們的中心是黑洞闇影子,被一個寬闊的吸積盤包圍着。

位於吸積盤內緣和黑洞闇影之間的這個薄環被稱為光子環(photon ring),這裡的重力場非常強,以至於光子被困在黑洞周圍的穩定軌道上無法逃離,如果這些光子離黑洞再近一點,它們就會落在視界以內,我們就看不到它們了。隨着模擬的繼續,觀察者的視角向下移動到兩個黑洞的軌道平面上。

科學家用兩種不同的顏色來代表這兩個不同的黑洞,由於引力場所造成的光徑彎曲,致使光沿着複雜的彎曲路徑運動,這是透過一台強大的超級電腦運算出來的。由於受到伴星引力的影響,每個黑洞的光會變得更加扭曲,這種現象又稱為重力透鏡效應。

重力透鏡效應實際上是觀察太空深處的一個工具,因為它可以放大更遠的物體,而且有時候會在我們的視線上複製出一個相同的天體。星系和星系團也可以是重力透鏡效應的一部分,儘管被透鏡化的物體看起來不像兩個活躍的超大質量黑洞產生的圖像那樣極度扭曲。

直接對黑洞進行成像是一項非常艱鉅的工作,而互繞的超大質量黑洞更加罕見,所以我們不太可能在近期內看到這部影片的真實版本——但這樣的模擬可以幫助我們理解超大質量黑洞周圍極端環境的物理現象,使科學家能更好地分析觀測結果。

(本文由 台北天文館 授權轉載;首圖來源:影片截圖)

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