钱德拉X射线天文台与VLA揭示银河黑洞快速旋转扭曲时空的现象

钱德拉X射线天文台与VLA揭示银河黑洞快速旋转扭曲时空的现象 这幅艺术家绘制的插图显示了银河系中心超大质量黑洞和周围物质的横截面。中心的黑色球体代表黑洞的事件穹界，也就是不归点，任何东西，甚至光，都无法从这里逃逸。从侧面看旋转的黑洞，如图所示，周围的时空形状就像一个美式足球。两侧的黄橙色物质代表围绕黑洞旋转的气体。这些物质不可避免地向黑洞坠落，一旦落入足球形状的内部，就会穿过事件穹界。因此，足球形状内、事件视界外的区域被描绘成一个空腔。蓝色圆球表示从旋转黑洞两极射出的喷流。图片来源：NASA/CXC/M.Weiss这幅艺术家绘制的插图描绘了一项关于银河系中心的超大质量黑洞人马座 A*（简称 Sgr A*）的最新研究结果。这项研究结果发现，Sgr A* 的旋转速度非常快，以至于它正在扭曲时空也就是时间和空间的三个维度使它看起来更像一个足球。这些结果是由美国国家航空航天局的钱德拉X射线天文台和美国国家科学基金会的卡尔-G-扬斯基甚大阵列（VLA）共同完成的。研究小组采用了一种新方法，利用X 射线和无线电数据，根据物质流向和流出黑洞的方式来确定 Sgr A* 的旋转速度。他们发现Sgr A*的旋转角速度约为最大可能值的60%，角动量约为最大可能值的90%。黑洞有两个基本特性：质量（重量）和自旋（旋转速度）。确定这两个值中的任何一个，都能让科学家们对任何黑洞及其行为方式了如指掌。过去，天文学家曾使用不同的技术对Sgr A*的旋转速度进行过几次估算，结果从Sgr A*完全不旋转到几乎以最大速度旋转不等。新的研究表明，Sgr A*实际上正在快速旋转，这导致它周围的时空被挤压。图中显示的是 Sgr A* 的横截面以及围绕它旋转的物质盘。中心的黑色球体代表了所谓的黑洞事件视界，也就是不归点，任何东西，甚至光都无法从这里逃逸。如图所示，从侧面观察旋转的黑洞，周围的时空形状就像一个足球。旋转速度越快，足球就越扁平。两侧的黄橙色物质代表围绕 Sgr A* 旋转的气体。这些物质不可避免地会坠向黑洞，一旦落入足球形状内部，就会穿过事件视界。因此，足球形状内、事件视界外的区域被描绘成一个空腔。蓝色圆球表示从旋转黑洞两极喷射而出的喷流。从顶部沿着喷流的枪管俯视黑洞，时空是一个圆形。人马座 A* 及其周围区域的钱德拉 X 射线图像。资料来源：NASA/CXC/威斯康星大学/Y.Bai, et al.黑洞的自旋可以作为一种重要的能量来源。旋转的超大质量黑洞在提取自旋能量时会产生诸如喷流之类的准直外流，这就要求黑洞附近至少有一些物质。由于 Sgr A* 周围的燃料有限，这个黑洞近千年来一直相对安静，喷流也相对较弱。然而，这项研究表明，如果Sgr A*附近的物质数量增加，这种情况可能会改变。为了确定Sgr A*的自旋，作者使用了一种被称为"外流法"的基于经验的技术，该技术详细说明了黑洞的自旋与其质量、黑洞附近物质的特性以及外流特性之间的关系。准直外流产生无线电波，而黑洞周围的气体盘则产生 X 射线辐射。利用这种方法，研究人员将钱德拉和 VLA 的数据与其他望远镜对黑洞质量的独立估计结合起来，对黑洞的自旋进行了约束。描述这些结果的论文由 Ruth Daly（宾夕法尼亚州立大学）领导，发表在 2024 年 1 月出版的《英国皇家天文学会月刊》上。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

天文学家揭示了银河系中心黑洞的第一张照片

天文学家揭示了银河系中心黑洞的第一张照片 5月12日，在世界各地同时举行的新闻发布会上，天文学家向人们展示了位于银河系中心的超大质量黑洞的首张照片。 这一结果提供了压倒性的证据，证明该物体确实是一个黑洞，并为理解星系中心的这些“巨兽”如何运作提供了有价值的线索。 该图像由一个名为「事件视界望远镜 (EHT) 合作组织」的全球研究团队，通过分布在全球的射电望远镜组网“拍摄”而成。

事件视界望远镜(EHT)公布银河系中心黑洞新照片 展示银心黑洞强大的旋转磁场

事件视界望远镜(EHT)公布银河系中心黑洞新照片 展示银心黑洞强大的旋转磁场 2021 年该科学团队最终发布了银心黑洞即人马座 A* 的照片，为我们展示我们所在的银河系的中央这颗比较安静的黑洞照片。不过彼时这些黑洞的照片相对来说都比较模糊，像是一个马赛克版甜甜圈，但随着科学团队改进观测方法更清晰的偏振光版黑洞照片发布，首先被发布的依然是 M87 * 黑洞，今天研究人员发布了两篇新论文展示银心黑洞的偏振光版。在这个新照片中我们可以清晰看到黑洞周围吸积盘的样子，吸积盘的光线 (包括可见光和不可见光) 主要是物质在跌落到黑洞时速度逐渐增加，并跟着旋转的黑洞一起沿着螺旋路径跌入，在跌入过程中物质之间高速摩擦、碰撞并转换为热能以及光线。其中亮度越高的区域代表物质密度更集中并且碰撞更剧烈，不过理论上说所有靠近黑洞的物质最终都会被强大的潮汐力撕扯为碎片甚至原子级别，所以黑洞的事件视界周围是难以看到完整物体的。下图是人马座 A* 的最新照片：下图是 M87* 和人马座 A* 的对比： ... PC版： 手机版：

远古耀斑的回声：天文学家揭秘银河系的"安静怪物"Sgr A*

远古耀斑的回声：天文学家揭秘银河系的"安静怪物"Sgr A* Sgr A*是距离地球最近的超大质量黑洞，距离地球26000光年。由于黑洞强大的引力，研究附近的环境非常困难。它扭曲了附近天体的视线，使它们难以被观测到。不过，通过观察黑洞耀斑对附近分子云的影响，还是有办法做到这一点的。天文学家最近发现了数百年前未知耀斑的回声，这些耀斑早在有望远镜观测之前就已经发生了。这些回声表明，Sgr A* 吞噬物质的频率相当高。密歇根州立大学研究员格蕾丝-桑格-约翰逊（Grace Sanger-Johnson）通过筛选十年来的 X 射线数据，从银河系中央超大质量黑洞Sgr A* 发现了九个以前未被发现的 X 射线耀斑。这张十多年前公布的 NASA 图像显示了一个 X 射线耀斑的例子。图片来源：NASA/JPL-Caltech密歇根州立大学的两位研究人员格雷斯-桑格-约翰逊和杰克-尤特详细研究了耀斑及其光回波。他们的发现表明，在非常遥远的过去，当Sgr A*摄取物质时，Sgr A*曾有过活动。该活动产生的X射线辐射从Sgr A*经过数百年的传播，反弹到附近的分子云并使其变亮。这产生的光回波又经过了大约26000年才到达地球。因此，当 Uteg 和 Sanger 研究这些耀斑和光回波时，他们实际上是在观察过去。利用 NuSTAR 搜寻 Sgr A* X 射线耀斑桑格-约翰逊分析了十年来的数据，寻找Sgr A*的饮食习惯所产生的X射线耀斑。在搜索过程中，她又发现了九次此类爆发的证据。耀斑通常非常引人注目。由于耀斑非常明亮，天文学家有机会研究黑洞周围的直接环境。桑格-约翰逊研究的数据来自NuSTAR 任务。它的目标是高能 X 射线和伽马射线辐射。这些辐射通常来自星系中心的活跃区域、超新星爆炸和其他活跃事件。桑格-约翰逊收集和分析的数据现已成为Sgr A耀斑的数据库。"我们希望通过建立这个Sgr A耀斑数据银行，我们和其他天文学家能够分析这些X射线耀斑的特性，并推断出超大质量黑洞极端环境内部的物理条件，"桑格-约翰逊说。天文学家确实从其他观测中了解到 Sgr A* 星的爆发。这是美国国家航空航天局的成像 X 射线极化探测器和钱德拉 X 射线天文台的观测结果。IXPE和钱德拉数据的结合帮助研究人员确定，在分子云中发现的X射线光来自人马座A*大约200年前的一次爆发。资料来源：钱德拉：NASA/CXC/SAO；IXPE：NASA/MSFC/F.Marin et al; Sonification Credit: NASA/CXC/SAO/K.Arcand, SYSTEM Sounds (M. Russo, A. Santaguida)追踪耀斑的回声在桑格-约翰逊研究NuSTAR数据的同时，本科生研究员杰克-尤特格（Jack Uteg）也在研究黑洞周围的活动。他分析了一个被称为"桥"的巨型分子云20年来的数据。这些数据来自NuSTAR和欧洲航天局XMM-牛顿天文台的观测。桥"靠近 Sgr A*，通常不会发出自己的光。因此，当它在X射线中变亮时，天文学家们就注意到了。他说："我们看到的亮度很可能是Sgr A*去X射线爆发的延迟反射。我们在 2008 年左右首次观测到亮度的增加。然后，在接下来的12年里，来自大桥的X射线信号持续增加，直到2020年达到峰值亮度。"Uteg 的工作帮助天文学家确定了 Sgr A* 在 X 射线中比现在亮大约五个数量级。这种变亮表明我们的中央超大质量黑洞很可能吞噬了附近的气体云，亮度还揭示了其他特性。他说："我们关注这团气体云变亮的一个主要原因是，它能让我们确定过去 Sgr A* 爆发的亮度。"NuSTAR 航天器示意图，该航天器有一根 30 英尺（10 米）长的桅杆，将光学模块（右）与焦平面上的探测器（左）隔开。这种分隔对于探测 X 射线的方法来说是必要的。资料来源：NASA/JPL-加州理工学院Sgr A*的光回声揭示了什么？得益于它们的工作，天文学家有了另一种方法来解决在黑洞周围观测的困难。她说："耀斑和焰火都能照亮黑暗，帮助我们观测到通常无法观测到的东西。这就是为什么天文学家需要知道这些耀斑发生的时间和地点，这样他们就可以利用这些光来研究黑洞的环境。"天文学家们知道黑洞会不定期地吞噬附近的物质，但这些发现有助于他们确定黑洞吞噬物质的频率，以及由此产生的耀斑对附近邻域的影响。MSU 助理教授张硕（Shuo Zhang）是这两项研究的团队负责人，他表示，关于这些耀斑发生的频率以及过去发生过多少耀斑，还有很多问题。张说："这是我们第一次为我们的超大质量黑洞周围的分子云构建了一个长达24年的变异性，这个分子云已经达到了它的X射线光度峰值。它使我们能够了解到 Sgr A* 在大约 200 年前的活动情况。我们在MSU的研究团队将继续这种'天体考古游戏'，进一步揭开银河系中心的神秘面纱。"MSU 团队的这些工作成果在美国天文学会 2024 年夏季会议上做了介绍。改编自最初发表在《今日宇宙》上的一篇文章。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

天文学家发现银河系混乱背后的意外驱动力

天文学家发现银河系混乱背后的意外驱动力 最近发表在《英国皇家天文学会月刊》（MNRAS）上的一项新研究发现，最重要的因素并不是这些。研究表明，恒星的随机运动趋势主要是由星系的年龄所驱动的随着时间的推移，情况会变得一团糟。第一作者、悉尼大学 ASTRO 3D 研究员 Scott Croom 教授说："当我们进行分析时，我们发现年龄始终是最重要的参数，无论我们如何切片或切块。一旦考虑到年龄因素，基本上就没有环境趋势了，质量也是如此。如果你发现一个年轻的星系，无论它在什么环境中，它都会旋转，而如果你发现一个古老的星系，无论它是在稠密的环境中还是在虚空中，它的轨道都会更加随机。"在 SAMI 星系巡天观测中观测到的年轻星系（上图）和老星系（下图）的对比。左侧面板是来自斯巴鲁望远镜的常规光学图像。中间是来自 SAMI 的旋转速度图（蓝色朝向我们，红色远离我们）。右边是测量随机速度的地图（颜色越红，随机速度越大）。两个星系的总质量相同。顶部星系的平均年龄为 20 亿年，自转速度高，随机运动速度低。底部星系的平均年龄为 125 亿年，自转速度较慢，随机运动较大。资料来源：Hyper Suprime-Cam 斯巴鲁战略计划研究小组成员还包括来自麦考瑞大学、斯威本科技大学、西澳大利亚大学、澳大利亚国立大学、新南威尔士大学、剑桥大学、昆士兰大学和大韩民国延世大学的科学家。以前的研究认为环境或质量是更重要的因素，这项研究更新了我们的认识。但第二作者 Jesse van de Sande 博士说，以前的研究并不一定是错误的。年轻的星系是恒星形成的超级工厂，而在年长的星系中，恒星形成已经停止。"我们知道年龄受环境影响。如果一个星系处于高密度环境中，它往往会停止恒星的形成。因此，处于高密度环境中的星系平均年龄较大，"van de Sande 博士说。"分析的重点是，不是生活在高密度环境中降低了他们的自旋能力，而是他们的年龄大了"。回到我们自己的银河系，它仍然有一个薄薄的恒星形成盘，因此仍然被认为是一个高自转星系。"但是，当我们仔细观察银河时，我们确实看到了一种叫做银河厚盘的东西。"Croom教授说："就光线而言，它并不占主导地位，但它确实存在，而且那些恒星看起来比较古老，很可能是在早期从薄盘中被加热出来的，或者是在宇宙早期以更湍急的运动方式诞生的。"研究使用的数据来自 SAMI 银河巡天观测。SAMI 仪器由悉尼大学和盎格鲁-澳大利亚天文台（现 Astralis）于 2012 年制造。SAMI使用的是位于新南威尔士州库纳巴拉布兰附近赛丁泉天文台的盎格鲁-澳大利亚望远镜。它已经勘测了 3000 个星系的各种环境。通过这项研究，天文学家在试图了解星系形成的过程时，可以排除许多过程，从而对宇宙发展的模型进行微调。银河系研究的下一步将是开发更精细的星系演化模拟。"要做好模拟的挑战之一是需要高分辨率来预测发生了什么。"Croom教授说："目前典型的模拟是基于质量相当于 10 万颗恒星的粒子，你无法解析星系盘中的小尺度结构。"悉尼大学赫克托星系巡天项目将帮助克鲁姆教授和他的团队利用英澳望远镜上的新仪器扩大这项工作，负责人茱莉亚-布莱恩特（Julia Bryant）教授说："赫克托正在观测 15000 个星系，但光谱分辨率更高，即使在质量低得多的星系中也能测量出星系的年龄和自旋，并能获得更详细的环境信息。"ASTRO 3D主任Emma Ryan-Weber教授说："这些发现回答了ASTRO 3D提出的一个关键问题：宇宙中的质量和角动量是如何演变的？SAMI 团队的这项细致工作揭示了星系的年龄决定了恒星的运行方式。这一关键信息有助于更清晰地了解宇宙的全貌。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

天文学家在银河系发现巨型古恒星“老烟枪”

天文学家在银河系发现巨型古恒星“老烟枪” 赫特福德大学的菲利普-卢卡斯（Philip Lucas）教授说："它们突然抛出物质。这是一种新型恒星，它们似乎都聚集在天空的同一区域，非常靠近银河系的中心。"天文学家们的目的是捕捉很少见的新生恒星被称为原恒星在经历相当于恒星生长高峰的时期。在此期间，年轻恒星通过吞噬周围的恒星形成气体迅速获得质量，从而导致光度突然增加。研究小组跟踪了数亿颗恒星，发现了 32 颗爆发的原恒星，它们的亮度至少增加了 40 倍，有些甚至增加了 300 倍以上。然而，银河系中心附近的另一组红巨星却意外地出现在分析中。研究人员利用欧洲南方天文台的甚大望远镜对这些恒星进行了更详细的研究，其中七颗恒星被认为是一种新型的红巨星，研究人员将其命名为"老烟枪"。卢卡斯认为，恒星内部的对流和不稳定性可能会引发巨大的烟柱释放。"这些云团足有太阳系大小，"卢卡斯说。"我们猜测，这些是朝一个方向喷发的尘埃，可能来自恒星表面的一块区域。"这些发现具有更广泛的意义，因为从垂死恒星释放到星际空间的物质为下一代恒星播下了种子。卢卡斯说："发现一种能抛出物质的新型恒星，可能会对其他星系的核圆盘和富含金属区域的重元素扩散产生更广泛的影响。"研究结果发表在《英国皇家天文学会月刊》（Monthly Notices of the Royal Astronomical Society）上。 ... PC版： 手机版：