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为了“拯救”银心物质,磁场和黑洞“打了一架”

2020/6/30 7:59:26 来源:光明网 浏览:

天闻频道

实习记者 于紫月

众所周知,黑洞能够吞噬附近的一切事物,包括光。然而银河系中心的黑洞貌似遇到了“对手”。

近期在美国天文学会的一次会议上,一项最新公布的研究表明,银河系中心附近的磁场强大到能够阻碍黑洞周围的物质被吞噬。这一研究结果或将有助于解答长期以来笼罩在银河系相关研究领域的两大谜团,即为何银河系中心黑洞相对“安静”,以及为何银河系核心区域新恒星“低产”。

阻碍黑洞吞噬,抑制恒星诞生

如果有幸观测到正在“进食”的黑洞,你就会发现,其实黑洞周围并非是漆黑一片,而是环绕着明亮的吸积盘,并不时喷射出一股股喷流,照亮周围很大一片区域。

事实上,这些光并非是从黑洞中逃逸而出,而是吸积盘内物质以极快的速度落入黑洞,物质之间的摩擦使它们被加热至数十亿摄氏度,从而发出的辐射。

通常来讲,星系中心的物质密度往往比宇宙中其他区域密度更高,所以星系中心黑洞拥有着更充足的“粮食储备”,应该很活跃、明亮。然而,实际观测结果却并非如此。事实上,我们观测到的大部分星系中心的黑洞都处于相对“安静”的状态,暗淡无光,吞噬物质的“积极性”很低。银河系中心黑洞便是其中之一。

为何会如此?此次发布新成果的研究团队认为,他们在银河系中心观测到的磁场或许能够解答这一疑问。

“银河系中心黑洞仍有一些问题无法单靠引力来解释。”美国哥伦比亚大学空间研究协会主任琼·施梅尔兹说,“磁场可能有助于解开这些谜团。”

漫漫宇宙中充斥着大量带电粒子,如等离子体等。这些粒子的运动可以看成是电荷的运动,导致电场发生变化从而产生磁场。

“星际空间中普遍存在磁场,星系中心恒星密度往往较高,空间环境较为复杂,因此星系中心的磁场可能强度更高、性质更复杂。”中国科学院国家天文台研究员陆由俊在接受科技日报记者采访时表示。

他进一步解释道,银河系中心的巨大磁场会给周围的等离子体等带电粒子施加一种压力,即磁压。黑洞引力作用下,气体“奔赴”黑洞的过程中也许会受到磁压影响,到达黑洞附近的气体物质就会比预期要少很多,从而使黑洞“安静”下来。

“同理,恒星形成的初期往往需要相对高密度的气体,而在磁压的作用下,坍缩的气体有可能被‘拽住’,造成了银河系中心区域的新恒星产量低下。”陆由俊说。

在他看来,用磁场去解释这些银河系谜团,目前还是研究人员的一种推测。究竟真相如何,还需要更多、更系统的观测数据作为支撑。

“飞翔中的天文台”带来磁场详细信息

黑洞能够通过吸积盘、喷流等现象观测到,但是磁场本身看不见摸不着,此次研究人员又是如何观测到银河系中心的磁场的?

陆由俊告诉记者,可以通过望远镜接收到的光子找出其发射处或所经过空间磁场的蛛丝马迹。比如,星际尘埃粒子会受外磁场的影响从而发出带有磁场信息的光子;又或者,光子通过磁场时会产生一些特殊效应,比如法拉第旋转,光子的偏振振动方向因磁场产生偏转。研究人员便可从观测数据中抽丝剥茧,计算、模拟出光子发射处或经过空间的磁场特性。

此次研究人员利用的是有“飞翔中的天文台”美誉的索菲亚天文台,这是一架被装载在飞机上的红外望远镜。

天文观测中红外波段十分重要,但是地球大气层的各种成分能够将携带天体信息的红外线吸收或散射掉。为了避免这一问题,索菲亚天文台将飞机拉升至平流层,如此高度下,绝大部分气体和水汽产生的干扰都将消失殆尽,所以其获得的红外波段观测效果要远远优于地面望远镜。

近年来,索菲亚天文台还装载了高分辨率机载宽带相机(HAWC+),研究人员就是利用这套先进设备对银河系中的尘埃颗粒进行观测,从而绘制出银河系中心的详细“地图”,展示黑洞周围不可见的磁场行为。

“这些观测结果为我们提供了迄今为止有关银河系中心黑洞周围磁场的最详细数据。”该项研究合作者之一、美国维拉诺瓦大学研究人员大卫·舒斯表示,HAWC+的分辨率以及灵敏度等性能参数都比较高,未来将会帮助人类破解更多银河系的奥秘。

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