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【48812】“大陀螺”异动掀开黑洞“奥妙衣襟”

时间:2024-06-28 来源:齿轮减速机

  她用近1年时刻核对观测数据和剖析进程,尔后又和全球45个组织的科研人员协作,经过一系列剖析多个甚长基线干与丈量(VLBI)网2000年至2022年的观测数据,发现M87星系中心黑洞喷流(以下简称M87喷流)呈现周期性摇摆。其摇摆周期约为11年,振幅约10度。

  这项9月27日宣布于《天然》的研讨将M87喷流的动力学与该星系中心超大质量黑洞状况联系起来,为M87黑洞自旋的存在供给了观测依据。该论文得到两位审稿人的高度评价并引荐宣布,杂志修改也希望该作业尽早上线,乃至十分罕见地亲身“出手”为论文摘要润饰。

  2017年,博士研讨生崔玉竹在剖析东亚甚长基线干与丈量(VLBI)网数据时,发现M87喷流的指向和以往熟知的视点有些违背。

  “M87喷流是十分有名的黑洞喷流,其喷发视点为288度是咱们耳熟能详的性质。”该论文榜首作者兼通讯作者、之江实验室博士后崔玉竹告知《我国科学报》,“但当年的观测多个方面数据显现,其喷流指向和以往数据有约5度的违背,这是清楚明了的误差。”

  “假如不是数据处理过错,其背面必定存在某种结构改动,那就会触及十分有意思物理性质。”崔玉竹越想越振奋,因为黑洞是查验爱因斯坦广义相对论最简略、最直接的天体,人们需求充沛观测黑洞及周围的活动来了解其更多物理性质,发现由黑洞导致周围环境或喷流呈现某种结构改动,对进一步了解黑洞来说十分重要。

  随即,崔玉竹查看了别的几台望远镜的观测数据,发现数据处理并无问题。尔后近1年时刻里,她又用其他世界望远镜观测阵的数据,验证了2017年的M87喷流指向的确存在偏转。

  “接下来方针就明晰了,因为发现有这样的改动,咱们就想看看这种违背是周期性改动仍是偶尔现象,其间是不是真的存在某些规则。”崔玉竹说。

  活泼星系中心的超大质量黑洞是世界中最具破坏性且最奥妙的天体之一。它们引力巨大,经过吸积盘“吃进”很多物质,一起也将物质高速“吐出”。但是,超大质量黑洞、吸积盘和喷流之间的能量传输机制是怎样的?这是困扰物理学家和地理学家一个多世纪的难题。

  现在,科学家广泛承受的理论以为,黑洞角动量是能量的来历。一种或许是,假如黑洞邻近存在磁场且黑洞处于旋转状况,会如导体切开磁力线相同发生电场,然后加快黑洞周围的电离体,并使部分物质带着巨大能量被喷发出去。其间,超大质量黑洞的自旋是该理论建立的要害,但黑洞自旋参数极难丈量,乃至黑洞是否处于旋转状况至今尚无直接观测依据。

  M87星系是一个间隔地球5500万光年的近邻星系,其间心有个质量比太阳大65亿倍的黑洞。地理学家在1918年初次观测到M87中的喷流,这也是人类观测到的首个世界喷流,这些特征让M87星系成为研讨黑洞与喷流之间联系的最佳方针。

  经过很多的剖析,科学家以为改动黑洞喷流方向的力气,或许就隐藏在吸积盘的动力学性质中:具有必定角动量的物质会绕着黑洞运动并构成吸积盘,它们遭到黑洞引力效果会不断接近黑洞直到被“啃咬”进黑洞。黑洞的超强引力会对周围时空发生巨大影响,导致邻近的物体沿着黑洞旋转方向被拖曳,即爱因斯坦广义相对论猜测的“参考系拖曳效应”。该效应从而引发吸积盘和喷流周期性的进动(自旋体受外界的力的效果,其自旋轴绕某一中心旋转的现象)。

  崔玉竹解说说,M87黑洞的吸积盘和喷流大体上呈笔直状况,假如将其看作一个“大陀螺”,吸积盘就像陀螺体,而长达5000光年的喷流是其旋转轴。不同的是,陀螺运动的支点在其下方,而吸积盘的运动中心是黑洞。

  根据观测效果剖析和超级核算机模仿,研讨团队证明了当吸积回旋扭转转轴与黑洞的自旋轴存在夹角时,会因参考系拖曳效应导致整个吸积盘的进动,而喷流受吸积盘的影响也会影响进动。

  该研讨提醒的喷流进动规则验证了广义相对论猜测的“参考系拖曳效应”,为M87中心黑洞存在自旋供给有力依据,带来对超大质量黑洞性质的新认知。

  因为黑洞自旋轴与吸积盘角动量间的夹角较小,进动周期又超越10年,因而要堆集超两个周期的高分辨率数据,才能对M87结构能够进行仔细剖析。超长的观测周期和巨量的数据信息让该项研讨成为世界协作破解世界奥妙的模范。

  该作业使用了包含东亚甚长基线干与丈量网、美国的甚长基线阵列、韩国KVN和日本VERA联合阵列(KaVA)、从东亚到意大利/俄罗斯联合EATING观测网在内的170个世界观测网络数据,全球超越20个射电望远镜为这项研讨做出了奉献。

  在项目进行中,研讨团队和国内多家单位深度协作,我国科学院上海地理台65米天马望远镜和新疆地理台南山26米射电望远镜自2017年起持续参加东亚VLBI观测阵观测,在前进观测灵敏度和角分辨率上发挥了重要效果。

  “很高兴也很走运有这一重大发现。”崔玉竹说,“这也和咱们天马望远镜灵敏度前进,新疆南山望远镜角分辨率前进联系严密。这些观测技能的前进让咱们能明晰看到更多结构和较低的辐射量。”

  我国科学院上海地理台研讨员沈志强以为,最近的科学发现现已充沛体现毫米波VLBI技能在研讨超大质量黑洞和探究世界奥妙中的优势。“根据这项作业,猜测还有更多的星系中心黑洞具有相似的歪斜吸积盘结构,怎么探测到更多的源还需求长时间观测和详细剖析”。

  “跟着现代地理学,特别是射电地理的开展,咱们经过射电望远镜捕捉到巨量且丰厚的世界信号,由此发生海量数据。进一步深度交融开展的核算科学前沿和射电地理探究,将提醒包含黑洞在内的世界奥妙现象实质。”我国科学院国家地理台研讨员、之江实验室核算地理首席科学家李菂点评说。

  “黑洞是否自旋一直是科学家重视的核心问题。”日本国立地理台的Kazuhiro Hada博士说,“该效果从观测上必定了以往的预期,在这一里程碑后,人们探究的旅程仍在持续,让咱们一步步揭开更多世界的奥妙。”