天文学家首次拍摄到黑洞与喷流“全景照”

天文学家首次拍摄到黑洞与喷流“全景照”最近，由中国科学院上海天文台研究员路如森领导的国际研究团队，换了个频道看M87黑洞，首次拍到了M87的黑洞全景。照片里，不仅有“甜甜圈”，还能看到从“甜甜圈”向远处延展的“尾巴”，即黑洞的喷流。作为EHT照片的拓展，新照片首次展现出了黑洞和它周围环境的关系。4月26日，相关成果发表于《自然》。“甜甜圈”长了“尾巴”、发了“胖”黑洞，是一个引力极强的时空区域，包括光在内的任何东西都无法逃逸。它可以“吃掉”靠近它的一切。此次，天文学家用3.5毫米波段开展了新观测。他们拍摄到的黑洞照片中，依然可以清晰看到“甜甜圈”——黑洞周围绕转着热气体，这些气体在不断发出辐射，形成亮环。与此同时，黑洞附近被“吐出”的气体也被拍到，“甜甜圈”长出了“尾巴”。“以前我们曾在单独的图像中分别看到过黑洞和喷流，但现在我们在一个新的波段拍摄了黑洞和喷流的全景图。”论文第一作者路如森告诉《中国科学报》。“我们可以看到喷流是如何从中央超大质量黑洞周围的环状结构中出现的，也可以在另一个波段测量黑洞周围环状结构的直径。”德国马普射电天文研究所的ThomasKrichbaum说。通过这张全景图，天文学家获得了一些关于黑洞的新认识。他们发现“甜甜圈”比之前“胖”了。“本次的观测波长是3.5毫米，而EHT的观测波长是1.3毫米，我们看到的环状结构变得更大、更厚。这表明在新图像中可以看到落入黑洞的物质产生了额外辐射。这使我们能更全面地了解黑洞周围的物理过程。”路如森说。他们还发现黑洞不是“很饿”。“它消耗物质的速度很低，只将其中一小部分转化为辐射。于是，为了了解这个更大、更厚的环的物理来源，我们使用计算机模拟测试不同的情况。最终我们得出结论，亮环更大、更厚与吸积流有关。”台湾地区“中研院”天文和天体物理研究所的KeiichiAsada说。此外，从数据中，他们还看到了一些“令人惊讶的事情”。日本国立天文台的KazuhiroHada说：“在靠近黑洞的内部区域，辐射宽度比我们预期的宽。这可能意味着黑洞周围不仅仅有气体落入，也可能有一股‘风’吹出来，造成黑洞周围的湍流和混乱。”不过，路如森表示，尽管发现了很多新现象，但“星系中央的超大质量黑洞是如何形成的，仍是未解之谜”。尽管还有很多问题无法回答，但论文的两位审稿人都给予高度评价。一位审稿人指出：“该研究具有独创性、主题性，表现力强，可以引起人们的普遍兴趣，值得在《自然》杂志上发表。”另一位审稿人评价：“这项工作是及时的，是在理解活动星系核喷流的形成和准直方面迈出的重要一步。”黑洞照片的背后此次研究由中国学者路如森领衔，成员来自17个国家和地区的64家研究单位，共计121位。拍摄动用了全球16台射电望远镜，共同组成了一台口径等效于地球直径的望远镜。16台射电望远镜包括全球毫米波阵的14台望远镜、位于智利的阿塔卡马大型毫米波/亚毫米波阵列，以及位于格陵兰岛的格陵兰望远镜。黑洞新照片其实在5年前的2018年4月14日至15日就已经拍好，但直至今日才正式发布。“在初步处理数据后，我们从中注意到了前所未有的新特征。之后用了5年，经过复杂的数据处理和成图过程、反复验证和确认结果，才最终发布。”路如森说。在将“生数据”处理成“熟数据”过程中，他们前后做了4次甚长基线干涉测量技术分析中的“互相关处理”以及相应的“相关后处理”分析。“大家克服了来来回回返工的煎熬，得到了最可靠的‘熟数据’。”路如森说。从“熟数据”重建观测图像时，研究团队遇到了前所未有的挑战。“这是一张视场很大的图像，图像包含许多成分，且这些成分的亮度差异很大。通过汇聚遍布全球各地许多合作者的经验，经过各种尝试和反复验证，我们才克服了这些困难。”路如森说。要拍“彩照”，还要拍“电影”路如森和他领衔的国际研究团队，已经想好了下一步目标——与EHT一起给黑洞拍摄“彩色”照片。所谓“彩色”就是在不同的观测波长上给黑洞拍照。“进一步的观测和强大的望远镜阵列将继续揭开它的神秘面纱。”韩国天文和空间科学研究所的JonghoPark说，“未来，毫米波观测将研究M87黑洞的时间演变，并将结合不同颜色的‘射电光’图像获得M87中心黑洞区域的多色视图。”在上海天文台台长、研究员沈志强看来，未来非常令人期待。“此次展现的3.5毫米波长图像代表了当前的最新成就，但为了揭开M87中央超大质量黑洞及其相对论性喷流的形成、加速、准直传播的物理机制之谜，我们需要拍摄更多色的高质量图像，包括在0.8毫米或更短的亚毫米波波长的黑洞照片，以及在长至7.0毫米波长的黑洞和喷流的全景图像。”沈志强说。“由于不同波长的电磁辐射揭示了黑洞附近不同的物理过程，相比于‘单色’黑洞，‘彩色’黑洞将带给我们更多信息，帮助我们更好理解黑洞本身，以及它和周围环境的关系。”路如森说。路如森还有一个更远的目标——给黑洞拍“电影”。“黑洞并不是静止的，而是每时每刻都和周围环境相互作用，因此不同时刻看它，它是不一样的。拍摄‘动态’黑洞要求我们在空间维度上再解锁时间维度，以便全方位观测和理解黑洞。”路如森说。对于5500万光年外的M87星系来说，黑洞图像的变化速度缓慢，需要通过长时间监测才能拍出它的变化。“EHT在过去几年进行了多次连续成像观测，未来5年也有持续的观测计划。这些观测数据将呈现M87黑洞在10年时间跨度上的‘电影’。”路如森说。对于人类所居的银河系中央的银心黑洞，目前EHT的望远镜分布不足以实现“快拍模式”的动态摄影，“丢帧”问题严重。但路如森对未来保持乐观：“随着更多望远镜加入，人类将能达到所需的时间分辨率，并最终拍出‘黑洞电影’。”相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-023-05843-w...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1356983.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1356983.htm

天文学家揭开宇宙最重黑洞双星之谜

天文学家揭开宇宙最重黑洞双星之谜两个超大质量黑洞的合并是一个早已被预测到的现象，尽管从未被直接观测到过。天文学家提出的一个理论是，这些系统的质量如此之大，以至于它们耗尽了宿主星系中驱动合并所需的恒星物质。利用双子座北望远镜的档案数据，一个天文学家小组发现了一个双黑洞，为这一观点提供了有力的证据。据研究小组估计，这个双黑洞的质量是太阳质量的280亿倍，是迄今为止测量到的最重的双黑洞。这次测量不仅为双星系统的形成及其宿主星系的历史提供了宝贵的背景资料，而且还支持了一个由来已久的理论，即超大质量黑洞双星的质量在阻止超大质量黑洞合并方面起着关键作用。资料来源：NOIRLab/NSF/AURA/J.daSilva/M.Zamani几乎每个大质量星系的中心都有一个超大质量黑洞。当两个星系合并时，它们的黑洞会形成一对双星，这意味着它们处于相互束缚的轨道上。据推测，这些双星最终会合并，但这一现象从未被观测到过[1]。几十年来，天文学家们一直在讨论这样的事件是否可能发生。在最近发表于《天体物理学报》（TheAstrophysicalJournal）的一篇论文中，一个天文学家小组提出了对这一问题的新见解。一个天文学家小组利用由美国国家科学基金会NOIRLab负责运行的双子座北望远镜（国际双子座天文台的一半）提供的档案数据，测量出了迄今发现的最重的一对超大质量黑洞。两个超大质量黑洞的合并是一种早已被预测到的现象，但从未被观测到过。这对超大质量黑洞提供了一些线索，说明为什么宇宙中发生这种事件的可能性如此之小。双子座北区前所未有的洞察力研究小组利用夏威夷双子座北望远镜（由美国国家科学基金会资助的NOIRLab运行的国际双子座天文台的二分之一）的数据，分析了位于椭圆星系B20402+379内的一个超大质量黑洞双星。这是迄今为止唯一一个被分辨得足够详细，可以分别看到两个天体的超大质量黑洞双星，[2]而且它还保持着迄今为止直接测量到的最小间隔记录--仅仅24光年[3]。虽然如此接近的分离预示着强大的合并，但进一步的研究发现，这对天体已经在这个距离上停滞了30多亿年，这不禁让人产生疑问：是什么阻碍了合并？双黑洞合并的挑战为了更好地了解这个系统的动态及其停止的合并，研究小组研究了双子座北区的双子座多目标摄谱仪（GMOS）的档案数据，这些数据使他们能够确定黑洞附近恒星的速度。"GMOS出色的灵敏度使我们能够测绘出恒星在靠近星系中心时的速度，"论文共同作者、斯坦福大学物理学教授罗杰-罗曼尼（RogerRomani）说。"有了这些，我们就能推断出居住在那里的黑洞的总质量。"据研究小组估计，这对双星的质量是太阳质量的280亿倍，是迄今测量到的最重的双黑洞。这一测量结果不仅为双星系统的形成及其宿主星系的历史提供了宝贵的背景资料，而且还支持了一个由来已久的理论，即超大质量双黑洞的质量在阻止潜在合并中起着关键作用[4]。"为国际双子座天文台提供服务的数据档案蕴藏着一座尚未开发的科学发现金矿，"国家科学基金会国际双子座天文台项目主任马丁-斯蒂尔说，"对这个极端超大质量双黑洞的质量测量是一个令人敬畏的例子，说明了探索这一丰富档案的新研究可能产生的影响。"二进制系统的形成与未来了解这个双星是如何形成的，有助于预测它是否以及何时会合并--一些线索表明，这对双星是通过多个星系合并形成的。首先，B20402+379是一个"化石星系团"，这意味着它是整个星系团的恒星和气体合并成一个大质量星系的结果。此外，两个超大质量黑洞的存在，加上它们巨大的总质量，表明它们是由多个星系的多个较小黑洞合并而成的。星系合并后，超大质量黑洞不会正面相撞。相反，当它们进入一个有束缚的轨道时，就会开始互相弹射。它们每经过对方一次，能量就会从黑洞传递到周围的恒星。随着它们能量的流失，这对黑洞被越拖越近，直到相距仅有一光年时，引力辐射占据上风，它们才会合并。这一过程已经在成对恒星质量的黑洞中被直接观测到--有史以来的第一次记录是在2015年通过引力波的探测--但从未在超大质量的双星中观测到过。停滞不前的合并与未来联合的可能性通过对该星系巨大质量的新了解，研究小组得出结论，需要有数量特别多的恒星才能减缓双星轨道的速度，使它们如此接近。在这个过程中，黑洞似乎甩掉了它们附近几乎所有的物质，使得星系核心缺少恒星和气体。由于没有更多的物质来进一步减缓这对天体的轨道，它们的合并在最后阶段停滞了。罗曼尼说："通常情况下，黑洞对较轻的星系似乎有足够的恒星和质量来驱动两者迅速结合在一起。由于这对黑洞非常重，因此需要大量恒星和气体来完成这项工作。但是这对黑洞已经将中央星系中的这些物质清除干净，使它停滞不前，可供我们研究。"这对天体究竟会克服停滞状态，最终以数百万年的时间尺度合并，还是永远继续在轨道上徘徊，目前尚无定论。如果它们真的合并，产生的引力波将比恒星质量的黑洞合并产生的引力波强大一亿倍。这对天体有可能通过另一次星系合并来征服最后的距离，这将为星系注入更多的物质，或者有可能是第三个黑洞，从而使这对天体的轨道慢到足以合并。不过，鉴于B20402+379是一个化石星系团，另一个星系合并的可能性不大。"我们期待着对B20402+379的内核进行后续调查，我们将研究其中存在多少气体，"论文第一作者、斯坦福大学本科生TirthSurti说。"这应该能让我们更深入地了解超大质量黑洞最终能否合并，或者它们是否会作为双星搁浅。"说明虽然有证据表明超大质量黑洞之间的距离只有几光年，但似乎没有一个黑洞能够跨越这个最终距离。关于这种事件是否可能发生的问题被称为"最终-秒差距问题"，几十年来一直是天文学家们讨论的话题。以前曾对含有两个超大质量黑洞的星系进行过观测，但在这些情况下，它们相距数千光年--太远了，不可能像在B20402+379中发现的双星那样处于相互结合的轨道上。其他黑洞动力源的距离可能更小，不过这些都是通过间接观测推断出来的，因此最好归类为候选双星。这一理论最早是由贝格尔曼等人于1980年提出的，根据数十年来对星系中心的观测，这一理论一直被认为是存在的。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1422216.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1422216.htm

天文学家发现已知质量最大的黑洞

天文学家发现已知质量最大的黑洞天文学家发现了可能是已知质量最大的黑洞，其质量大约为太阳质量的300亿倍。研究报告发表在《皇家天文学会月刊》（RoyalAstronomicalSociety，简称RAS）期刊上。天文学家是利用引力透镜和超级计算机模拟发现这个巨无霸黑洞的。该黑洞位于星系团Abell1201中的一个星系，虽然巨大无比但并不活跃，也就是它没有吞噬太多周围的物质而释放出巨大的能量。论文主要作者JamesNightingale博士称，此前发现的绝大多数超大质量黑洞都处于活跃状态，引力透镜让研究此类不活跃巨型黑洞成为可能。来源，，来自：雷锋频道：@kejiqu群组：@kejiquchat投稿：@kejiqubot

澳州天文学家发现迄今成长最快的黑洞

澳州天文学家发现迄今成长最快的黑洞澳大利亚科研人员称发现了迄今已知成长最快的黑洞，它每天吞噬掉的物质质量相当于一个太阳。新华社星期二（2月20日）报道，澳大利亚国立大学研究人员领衔的团队日前在英国《自然·天文学》杂志上发表论文说，这个黑洞的质量高达太阳的170亿倍，距离地球超过120亿光年。欧洲南方天文台发布的公报指出，这个黑洞所在的类星体代号为J0529-4351，不仅是迄今观测到的最明亮类星体，也是迄今观测到的最明亮天体。据介绍，这个黑洞的吸积盘直径达7光年，超过太阳系到其相邻恒星系统半人马座阿尔法星系的距离。论文第一作者、澳大利亚国立大学天文学和天体物理学研究学院副教授克里斯蒂安·沃尔夫说，这个黑洞“令人难以置信的成长速度意味着光和热的大量释放”，因此它所在的类星体也成为“宇宙中迄今已知的最明亮物体”。事实上，J0529-4351一直掩藏在“众目睽睽之下”。之前，研究人员利用电脑模型分析欧洲航天局“盖亚”空间探测器采集的相关数据时，错将J0529-4351识别为一颗恒星，直到最近通过地面望远镜观测才将其确定为类星体。类星体是活动星系核，由其中心的超大质量黑洞所驱动。当黑洞周围的气体被吞噬时会形成漩涡状吸积盘，巨大的引力势在吸积盘上得以释放，转化为热能和电磁辐射，使得类星体异常明亮。2024年2月20日10:09PM