3.5 毫米波長觀測,首次同時拍到 M87 黑洞噴流與吸積流

作者 | 發布日期 2023 年 04 月 27 日 12:05 | 分類 天文 , 航太科技 line share follow us in feedly line share
3.5 毫米波長觀測,首次同時拍到 M87 黑洞噴流與吸積流


為了觀測難搞的黑洞,目前有 2 個國際合作計畫正串聯全球電波望遠鏡形成虛擬望遠鏡,一個為事件視界望遠鏡,另一個是全球毫米波特長基線陣列。前者已帶來數張黑洞陰影直接成像的斐然成果,現在後者追上進度,首度同時捕捉 M87 星系超大質量黑洞的吸積流與噴流結構。

事件視界望遠鏡 (Event Horizon Telescope,EHT)與全球毫米波特長基線陣列(Global mm-VLBI Array,GMVA)分別以不同波長頻段觀測黑洞,前者用 1.3 毫米波長觀測取得黑洞陰影影像,GMVA 則使用 3.5 毫米波長觀測,重點在捕捉黑洞附近吸積與噴流性質。

EHT 已分別在 2019 年、2022 年公布人類史上第 1 張及第 2 張黑洞陰影直接成像照片,主角為距離銀河系 5,350 萬光年的 M87* 黑洞與銀河系內人馬座 A* 黑洞。

現在,隨著阿塔卡瑪大型毫米及次毫米波陣列(ALMA)、格陵蘭望遠鏡(GLT)在 2018 年加入 GMVA 全球連線觀測,科學家首度能於 3.5 毫米波長下對 M87 星系中心的環狀結構成像,主要與 M87 超大質量黑洞周圍吸積流有關。

▲ M87 噴流與黑洞陰影在毫米波段的 VLBI 影像,由 GMVA 取得。

此次 GMVA 測得的環直徑為 64 微角秒,相當於太空人從月球上回望地球看到自拍環形補光燈的大小(約 13 公分),比 EHT 用 1.3 毫米波長觀測的直徑還大 50%。

研究人員還指出,這次觀測到的環變大且變厚,說明新影像看到落入黑洞的物質產生額外輻射。M87* 黑洞周圍發出的光是由高能電子與磁場間的相互作用產生,這種現象稱為同步輻射,在 3.5 毫米波長進行的觀測能揭示更多這些電子的位置與能量細節、黑洞本身性質,比如它並不是很餓,正以低速率消耗物質,僅將一小部分物質轉化為輻射。

此外,GMVA 新圖像還看到一條等離子噴流從中央環向外延伸,首次揭示噴流底部實際上與該環相連。

科學家表示,未來毫米波觀測將探索 M87* 黑洞隨時間的演化,提供黑洞在電波波段的多種影像,告訴天文學家更多有關黑洞等離子體的溫度、成分等訊息。

新論文發表在《自然》(Nature)期刊。

(首圖來源:中研院天文所提供)