科学家进行人类历史上首次黑洞半径测量
2014-10-31 00:19:01   来源:化石网   评论:0 点击:

利用计算机模型创建的这张图像,演示了M87星系的黑洞的引力如何扭曲视界附近的射流外观。来自射流的部分放射物被引力弯曲成环,被称为黑洞的影子。  据国外媒体报道,在天文学上,黑洞是太空中一种引力极强的天


 

利用计算机模型创建的这张图像,演示了M87星系的黑洞的引力如何扭曲视界附近的射流外观。来自射流的部分放射物被引力弯曲成环,被称为黑洞的“影子”。

 

  据国外媒体报道,在天文学上,黑洞是太空中一种引力极强的天体,就连光也无法逃脱。有些黑洞比我们的太阳大数十亿倍,它们可能驻留在大多数星系的中心,这样的超大质量黑洞是如此强大,以致于在其边界的活动可以对它们的宿主星系产生波动。由美国麻省理工学院赫斯塔克天文台(Haystack Observatory)天文学家领导的一个国际研究团队近日首次测量了在一个遥远星系中心的一个黑洞的半径。

 

  科学家们将夏威夷、亚利桑那州和加利福尼亚州的无线电天线连在一起,设立了一个名为“视界望远镜”(Event Horizon Telescope)的望远镜阵列,它比哈勃太空望远镜观测到的精细度强2000倍。这些无线电天线指向距离银河系约5000万光年远的M87星系。M87上有一个比太阳大60亿倍的黑洞,该研究团队利用这个阵列观测到这个黑洞边界附近的发光物质。据悉,黑洞的边界被称为“视界(event horizon)”。麻省理工学院赫斯塔克天文台的天文学家舍普·多尔曼(Shep Doeleman)说:“一旦物体通过视界进入黑洞内部,它们就永远地消失了。”多尔曼和他的同事们将此项研究的报告发表在了最新一期的《科学》杂志上。

 

  超大质量黑洞是爱因斯坦的引力论所预测的最极端的天体。多尔曼说:“在黑洞的边界,引力是如此强大,它将周围的物体都拉进去。然而,并非一切经过视界的物体都被吸进黑洞,比如由气体和尘埃积聚的“宇宙堵车”(cosmic traffic jam),创造了一种平面“煎饼”状物质,被称为“吸积盘”。吸积盘以接近光速的速度环绕黑洞运行,持续地向黑洞“喂食”过热的物质。随着时间的推移,吸积盘可使黑洞与轨道物质保持在相同的方向上旋转。困在这个螺旋流的是磁场,在吸积盘的上方,磁场使热物质加速运行,由黑洞和吸积盘发出的高速射流喷出星系,扩散到几十万光年远。这些射流可以影响到许多星系的进程,包括恒星形成的速度。

 

  一束射流的轨迹可能帮助科学家了解黑洞引力占主导力量所在区域的这些黑洞的动态。多尔曼认为,这种极端的环境是证实爱因斯坦广义相对论的最佳方式。他说:“爱因斯坦的理论已经在低引力场的情况下得到验证,比如在地球上和在太阳系上,但还没有在黑洞的边界得到证实。”

 

  根据爱因斯坦的理论,一个黑洞的质量和其自旋决定物质在变得不稳定和落向视界之前会盘旋得有多紧密。由于M87星系的射流从这个最小的轨道喷出,天文学家可以通过仔细测量射流离开黑洞时的大小估计黑洞的自旋。到目前为止,还没有望远镜具备这种观测所需的放大率。多尔曼说:“我们现在要问,爱因斯坦是正确的吗?在这个非常强大的引力场,我们可以利用他的理论预测特征。”

 

  该研究团队利用一种名为“甚长基线干涉测量(Very Long Baseline Interferometry,简称为VLBI)”的技术,该技术使科学家能够观测到遥远星系非常精确的细节。多尔曼和他的团队使用这项技术测量的结果显示,吸积盘最内层的轨道只有黑洞视界大小的5.5倍。根据物理原理,这表明吸积盘的旋转方向与黑洞的相同。

 

  该研究团队计划扩大其望远镜阵列,将增加智利、欧洲、墨西哥、格陵兰岛和南极洲的无线电天线,旨在在未来获得更详细的黑洞图片。

 

  美国马里兰大学的天文学教授克里斯托弗·雷诺兹(Christopher Reynolds)说,该团队的研究结果首次提供了观测数据,这将有助于科学家了解一个黑洞的喷射行为。雷诺兹说:“喷流的基本性质仍然很神秘。许多天体物理学家怀疑喷流的动力来自于黑洞的旋转,但现在,这些想法仍然完全在理论领域。这种测量方法是把这些想法放在实实在在的观测基础上的第一步。”

 


来源:搜狐科学 2012-09-29(尚力)


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