天文学家利用阿塔卡玛大型毫米波天线阵列(The Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, ALMA)的观测发现,在超大质量黑洞的事件视界附近存在一个极强磁场,其强度在星系核心区域的探测中前所未见。这张艺术家绘制的图像展现了一个典型的超大质量黑洞周围的样子。这种黑洞通常位于星系中心,被一个炽热的巨型吸积盘环绕。
吸积盘中的一些物质落向黑洞,靠外面的尘埃则组成一个圆环面。黑洞的两端常常有高速喷流射出,并能够在宇宙中延伸得很远。
宇宙中几乎每一个星系的中心都有超大质量黑洞,其质量通常是太阳的数十亿倍。在这些黑洞周围的吸积盘中有极大量的物质。虽然这些物质中一大部分会被黑洞吞噬,有一些仍会在被虏获前片刻逃离,并作为等离子体喷流的一部分被抛射到宇宙中,其速度接近光速。科学家对这种现象的机理现在还没有充分地理解,但研究者普遍认为在事件视界附近存在一个超强磁场,它作为这个过程中关键的一环,帮助物质逃离黑洞的血盆大口。
到目前为止,人们只在距离黑洞几个光年外的地方探测到了一些微弱的磁场。然而,在这项研究中,查尔摩斯理工大学(Chalmers University of Technology)和瑞典的昂萨拉空间天文台(Onsala Space Observatory)的天文学家们利用ALMA探测超大质量黑洞事件视界附近强磁场的直接相关信号。
这个黑洞位于遥远的PKS 1830-211星系,而磁场就在物质以喷流形式被喷射出去的地方。
该团队通过研究光离开黑洞时获得的偏振方式来对磁场的强度进行测量。“偏振是光的一个重要性质,并在日常生活中得到了广泛地应用。例如,在太阳镜和电影院的3D眼镜中就用到了这种性质。
”这项工作的主要作者,Ivan Marti-Vidal说,“由于光在穿过被磁化的介质时,其偏振方式将会被改变,自然产生的光的偏振常常用来测量磁场。我们在这项工作中用ALMA观测的光,在出射过程中会穿过黑洞附近的物质,那里充满了高度磁化的等离子体。”
天文学家们在此次研究中,应用了一种为ALMA数据开发的新的分析技术,并发现从PKS 1830-211星系中心射出来的光的偏振方向发生了转动。
该研究分析的波段是同类研究中所用波长最短的,它可以探测与中心黑洞极为接近的区域。“我们已经发现了明显的光偏振旋转信号,其强度是此前在宇宙中所找到的最强信号的数百倍。”文章的合作作者,Sebastien Muller说,“我们的发现是一个巨大的飞跃!一来,是因为我们所观测到的频段最高——归功于ALMA,二来是因为我们所探测的磁场与黑洞的事件视界距离很近,仅有几个光天。
这个结果和它的后续研究,将会帮助我们理解在超大质量黑洞的极小邻域内到底在发生什么。”