天文學家成功在M87黑洞邊緣拍攝磁場特徵

2019年4月10日，天文學家發佈有史以來第一張黑洞的圖像，顯示一個明亮的環狀結構，中間有一個黑暗的中心區域，黑洞的陰影。從那時起，事件視界望遠鏡（Event Horizon Telescope）合作就更深入地研究2017年收集的M87星系中心的超大質量物體的數據。他們發現，M87黑洞周圍的光有很大一部分是偏振的。

當光通過某些濾光鏡（例如偏光太陽鏡的鏡片）時，或者在存在磁場的高溫區域發射時，光就會變成偏振光。就像偏光太陽鏡可以通過減少明亮表面的反射和眩光來幫助我們更好地看到景像一樣，天文學家可以通過觀察來自黑洞的光如何極化來增強對黑洞周圍區域的視野。具體而言，極化使天文學家可以繪製黑洞內邊緣處的磁場線。

從M87核心發出並從中心延伸至少五千光年的明亮能量和物質射流，是星系最神秘和充滿活力的特徵之一。靠近黑洞邊緣的大多數物質都會掉進去。但是，周圍的一些粒子在被捕獲之前會逃逸一會兒，然後以射流的形式吹到太空中。

天文學家依靠物質在黑洞附近的行為的不同模型來理解這個過程。但是他們仍然不知道究竟如何從星系的中心區域發射出比星系更大的射流，它的大小可與太陽系相提並論，也不知道物質究竟如何落入黑洞。利用新的黑洞事件視界望遠鏡影像及偏振光中的陰影，天文學家首次設法觀察到黑洞外部的區域，在該區域中，物質流入與排出之間發生了相互作用。

這些觀測結果提供有關黑洞外部磁場結構的新資訊。研究小組發現，只有具有強磁化氣體特徵理論模型才能解釋它們在事件視野中看到的東西。

觀測結果顯示，在黑洞邊緣的磁場強大到足以推回的熱氣，能夠抵抗重力。只有從外圍漏出的氣體才能向內旋向事件層。

為了觀測M87星系的黑洞，此次合作將世界各地的八台望遠鏡連接在一起，包括：位於智利北部的阿塔卡馬大毫米/亞毫米陣列射電望遠鏡和阿塔卡馬探路者實驗射電望遠鏡，歐洲南方天文台是合作夥伴，它們創建虛擬好像地球一樣大小的事件視界望遠鏡。用事件視界望遠鏡獲得的令人印象深刻，解像度相當於從地球看見月球表面一張信用卡長度所需的分辨率。

通過事件視界望遠鏡設置，團隊可以直接觀察黑洞陰影和周圍的光環，新的偏振光圖像清楚地表明該環已經磁化。這項研究涉及來自全球多個組織和大學的三百多名研究人員。

東亞核心天文台協會成員，台灣中央研究院天文及天文物理研究所博士後研究員朴鐘浩指出：「事件視界望遠鏡取得高速發展，對網絡進行技術升級，並增加了新的天文台。我們希望未來的事件視界望遠鏡觀測能夠更準確地揭露黑洞周圍的磁場結構，並向我們提供更多有關氣體在熱物理學這個領域的新資訊。」

【圖、文：節譯自歐洲南方天文台2021年3月24日新聞公佈】研究全文刊登在2021年3月24日出版的《天體物理學快報》