超緊湊型黑洞：耀斑讓我們看到了銀河系中心的極端環境

在銀河系的中心 有一個巨大的黑洞 它的質量相當於四萬個太陽 它被稱爲人馬座A 是天文學家研究廣義相對論 和黑洞性質的理想實驗室 在過去的幾十年裏 多個研究團隊 已經用不同的方法測量了它的質量 並得到了一致的結果 其中之一 就是馬克思普朗克 地外物理研究所的團隊 他們的主任Ryan Hargensel因此 獲得了2020年諾貝爾物理學獎 最近MPE的團隊 利用歐洲南方天文臺的 超大望遠鏡干涉儀 和近紅外干涉儀Gravity 對人馬座A周圍發光的氣體 進行了精密觀測 這些氣體時不時地會產生要斑 即發射強度急劇增加的現象 這些要斑每天發生一到兩次 持續時間約爲一小時 可以用Gravity追蹤 它們在黑洞附近旋轉的軌跡 通過分析2018年 2021年和2022年期間觀測到的要斑 該團隊重新確定了 人馬座A的質量爲4.297萬太陽質量 並且將其限制在一個非常小的區域內 這個區域只有9個引力半徑大 比金星繞太陽運行的軌道還要小得多 這意味着黑洞具有極高的密度和強度 我們現在從幾個引力半徑處 觀測到的要斑得出的質量 與從幾千引力半徑處 MPE理論建模組負責人Diogo Ribeiro說 這支持了銀河系中心 存在一個單一黑洞的假設 除了測量黑洞質量之外 研究要斑還可以揭示 銀河系中心區域的結構和演化歷史 該團隊發現 要斑軌道的方向 與距離黑洞更遠處 恆星盤形成的方向非常接近 表明它們之間有物理聯繫 我們很高興看到 要斑有重複和相似的特徵 分析要斑偏振數據的Antonio Drescher說 它們都在天空中順時針旋轉 它們都有相似的半徑和週期 這真是太美妙了 恆星盤可能是爲黑洞 提供物質來源的地方 來自恆星強風的氣體 可能被黑洞吸引 並且在向內落入過程中 失去初始角動量 最終形成接近世界尺度上 運動的氣體流 偏振數據給我們提供了豐富的信息 讓我們能夠更好的理解 銀河系中心區域的物理過程 Ribero補充說 要斑動力學甚至可能包含 有關黑洞旋轉方向 和速度等未知參數的線索 這是目前天文學界的一個懸案 爲了更直觀地展示要斑的運動 該團隊還製作了一段動畫 模擬了gravity觀測到的要斑 在黑洞周圍的軌跡 動畫中可以看到 要斑在黑洞的強烈引力作用下 以接近光速的速度旋轉 並且受到相對論性的多普勒效應 和引力紅移的影響 這些效應使得要斑在不同方向上 看起來有不同的亮度和顏色 這是一次非常精彩的觀測 MPE的首席科學家Frank Eisenhower說 它讓我們能夠直接探測到 黑洞周圍最極端的環境 並且驗證了廣義相對論的預測