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為了“拯救”銀心物質(zhì),磁場(chǎng)和黑洞“打了一架”

2020年06月29日 15:00:56 來(lái)源:科技日?qǐng)?bào) 作者:于紫月

  眾所周知,黑洞能夠吞噬附近的一切事物,包括光。然而銀河系中心的黑洞貌似遇到了“對(duì)手”。

  近期在美國(guó)天文學(xué)會(huì)的一次會(huì)議上,一項(xiàng)最新公布的研究表明,銀河系中心附近的磁場(chǎng)強(qiáng)大到能夠阻礙黑洞周?chē)奈镔|(zhì)被吞噬。這一研究結(jié)果或?qū)⒂兄诮獯痖L(zhǎng)期以來(lái)籠罩在銀河系相關(guān)研究領(lǐng)域的兩大謎團(tuán),即為何銀河系中心黑洞相對(duì)“安靜”,以及為何銀河系核心區(qū)域新恒星“低產(chǎn)”。

  如果有幸觀測(cè)到正在“進(jìn)食”的黑洞,你就會(huì)發(fā)現(xiàn),其實(shí)黑洞周?chē)⒎鞘瞧岷谝黄,而是環(huán)繞著明亮的吸積盤(pán),并不時(shí)噴射出一股股噴流,照亮周?chē)艽笠黄瑓^(qū)域。

  事實(shí)上,這些光并非是從黑洞中逃逸而出,而是吸積盤(pán)內(nèi)物質(zhì)以極快的速度落入黑洞,物質(zhì)之間的摩擦使它們被加熱至數(shù)十億攝氏度,從而發(fā)出的輻射。

  通常來(lái)講,星系中心的物質(zhì)密度往往比宇宙中其他區(qū)域密度更高,所以星系中心黑洞擁有著更充足的“糧食儲(chǔ)備”,應(yīng)該很活躍、明亮。然而,實(shí)際觀測(cè)結(jié)果卻并非如此。事實(shí)上,我們觀測(cè)到的大部分星系中心的黑洞都處于相對(duì)“安靜”的狀態(tài),暗淡無(wú)光,吞噬物質(zhì)的“積極性”很低。銀河系中心黑洞便是其中之一。

  為何會(huì)如此?此次發(fā)布新成果的研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為,他們?cè)阢y河系中心觀測(cè)到的磁場(chǎng)或許能夠解答這一疑問(wèn)。

  “銀河系中心黑洞仍有一些問(wèn)題無(wú)法單靠引力來(lái)解釋!泵绹(guó)哥倫比亞大學(xué)空間研究協(xié)會(huì)主任瓊·施梅爾茲說(shuō),“磁場(chǎng)可能有助于解開(kāi)這些謎團(tuán)!

  漫漫宇宙中充斥著大量帶電粒子,如等離子體等。這些粒子的運(yùn)動(dòng)可以看成是電荷的運(yùn)動(dòng),導(dǎo)致電場(chǎng)發(fā)生變化從而產(chǎn)生磁場(chǎng)。

  “星際空間中普遍存在磁場(chǎng),星系中心恒星密度往往較高,空間環(huán)境較為復(fù)雜,因此星系中心的磁場(chǎng)可能強(qiáng)度更高、性質(zhì)更復(fù)雜!敝袊(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)研究員陸由俊表示。

  他進(jìn)一步解釋道,銀河系中心的巨大磁場(chǎng)會(huì)給周?chē)牡入x子體等帶電粒子施加一種壓力,即磁壓。黑洞引力作用下,氣體“奔赴”黑洞的過(guò)程中也許會(huì)受到磁壓影響,到達(dá)黑洞附近的氣體物質(zhì)就會(huì)比預(yù)期要少很多,從而使黑洞“安靜”下來(lái)。

  “同理,恒星形成的初期往往需要相對(duì)高密度的氣體,而在磁壓的作用下,坍縮的氣體有可能被‘拽住’,造成了銀河系中心區(qū)域的新恒星產(chǎn)量低下!标懹煽≌f(shuō)。

  在他看來(lái),用磁場(chǎng)去解釋這些銀河系謎團(tuán),目前還是研究人員的一種推測(cè)。究竟真相如何,還需要更多、更系統(tǒng)的觀測(cè)數(shù)據(jù)作為支撐。

  黑洞能夠通過(guò)吸積盤(pán)、噴流等現(xiàn)象觀測(cè)到,但是磁場(chǎng)本身看不見(jiàn)摸不著,此次研究人員又是如何觀測(cè)到銀河系中心的磁場(chǎng)的?

  陸由俊告訴記者,可以通過(guò)望遠(yuǎn)鏡接收到的光子找出其發(fā)射處或所經(jīng)過(guò)空間磁場(chǎng)的蛛絲馬跡。比如,星際塵埃粒子會(huì)受外磁場(chǎng)的影響從而發(fā)出帶有磁場(chǎng)信息的光子;又或者,光子通過(guò)磁場(chǎng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生一些特殊效應(yīng),比如法拉第旋轉(zhuǎn),光子的偏振振動(dòng)方向因磁場(chǎng)產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)。研究人員便可從觀測(cè)數(shù)據(jù)中抽絲剝繭,計(jì)算、模擬出光子發(fā)射處或經(jīng)過(guò)空間的磁場(chǎng)特性。

  此次研究人員利用的是有“飛翔中的天文臺(tái)”美譽(yù)的索菲亞天文臺(tái),這是一架被裝載在飛機(jī)上的紅外望遠(yuǎn)鏡。

  天文觀測(cè)中紅外波段十分重要,但是地球大氣層的各種成分能夠?qū)y帶天體信息的紅外線吸收或散射掉。為了避免這一問(wèn)題,索菲亞天文臺(tái)將飛機(jī)拉升至平流層,如此高度下,絕大部分氣體和水汽產(chǎn)生的干擾都將消失殆盡,所以其獲得的紅外波段觀測(cè)效果要遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于地面望遠(yuǎn)鏡。

  近年來(lái),索菲亞天文臺(tái)還裝載了高分辨率機(jī)載寬帶相機(jī)(HAWC+),研究人員就是利用這套先進(jìn)設(shè)備對(duì)銀河系中的塵埃顆粒進(jìn)行觀測(cè),從而繪制出銀河系中心的詳細(xì)“地圖”,展示黑洞周?chē)豢梢?jiàn)的磁場(chǎng)行為。

  “這些觀測(cè)結(jié)果為我們提供了迄今為止有關(guān)銀河系中心黑洞周?chē)艌?chǎng)的最詳細(xì)數(shù)據(jù)。”該項(xiàng)研究合作者之一、美國(guó)維拉諾瓦大學(xué)研究人員大衛(wèi)·舒斯表示,HAWC+的分辨率以及靈敏度等性能參數(shù)都比較高,未來(lái)將會(huì)幫助人類(lèi)破解更多銀河系的奧秘。

(于紫月)

[編輯: 王航飛]
(本文來(lái)源:科技日?qǐng)?bào))
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