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人马座 A* 尽显其魅力。图片来源:事件视界望远镜合作项目。
这是首次观测到人马座 A*,它是位于我们银河系核心的超大质量黑洞。得益于事件视界望远镜的合作,我们得以我们现在知道我们这个宇宙角落里的这个宇宙巨星是什么样子的。
这一重大图像伴随着 X 射线的观察美国宇航局的钱德拉天文台。这些发现共同为银河系中心最重要的居民提供了惊人的新见解。其中,该团队发现人马座 A* 的自转轴几乎直接指向地球。EHT 团队的结果正在发表天体物理学杂志快报。
“我们对光环尺寸与爱因斯坦广义相对论预测的吻合程度感到震惊,”EHT 项目科学家、中国科学院天文与天体物理研究所的 Geoffrey Bower 在一篇论文中说道。陈述“这些前所未有的观测极大地提高了我们对银河系中心发生情况的理解,并对这些巨型黑洞如何与周围环境相互作用提供了新的见解。”
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就超大质量黑洞而言,人马座 A*(发音为“A 星”)并不是质量最大的,但它的质量仍是太阳的 400 多万倍。直径约为 1200 万公里(750 万英里)。相当于地月距离的 30 倍。
这个尺寸相当大,但观察它却并不容易。首先,黑洞本质上是黑色的。没有任何东西,甚至光都无法摆脱它们的引力。所以我们不是直接看到人马座 A*,而是看到事件视界周围的无线电波,事件视界是黑洞的“表面”,或者是黑洞与宇宙其他部分的边界。事件视界是逃离黑洞引力的门槛,你需要以比光速更快的速度移动。天文学家拍摄到的正是黑洞事件视界的阴影。
黑洞被吸积盘包围,吸积盘是一个由气体、尘埃和恒星碎片组成的扁平旋转盘,绕着黑洞旋转,但不会完全落入黑洞。我们之所以能看到这个吸积盘,是因为黑洞巨大的引力加速了旋转的粒子,它们相互碰撞,释放出可见光中的 X 射线和伽马射线,这使我们能够观察到它,现在还可以拍照。所以人马座 A* 就在那里,但我们看到的是它如何扭曲引力,从而扭曲周围的热等离子体。
第二个挑战是它的距离。人马座 A* 距离我们约 26,600 光年,是一个很小的物体,很难观测。这相当于在一臂之遥处看到一个原子,或者在月球上看到一个甜甜圈。要达到这种令人难以置信的分辨率,你需要一架巨大的望远镜,或者你需要非常擅长物理。事件视界望远镜合作项目就是在后者的基础上创造了前者。
得益于一项名为甚长基线干涉测量的技术,可以将地球上相隔一定距离的射电望远镜的观测结果结合起来,使它们相当于一个与它们之间的距离大小相同的望远镜。事件视界望远镜的观测站遍布世界各地,从格陵兰岛和南极洲到欧洲和夏威夷,再到北美和南美。它们合在一起,就像一个和地球一样大的望远镜。
此次开创性的合作发布了历史性的第一款? 星号在天文学中象征着黑洞 ? 在 2019 年,令人难以置信的后续行动包括然而在黑洞的边缘。人马座 A* 比 M87* 小 1,600 倍。最内层的稳定轨道约为 4.5 光分,而不是像较大的物体那样的数周。这意味着人马座 A* 周围的环境变化更快,这使得创建这幅图像更具挑战性。
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该合作组织于 2021 年和 2022 年开展了观测活动,,将他们的观察范围扩大到其他物体,并希望超越静止图像和超大质量黑洞的变化。