M87黑洞的新图像揭示了其旋转的磁场

椭圆星系M87距离我们5500万光年，位于附近的室女座星系团的中心。在这个星系深处潜伏着一个超大质量黑洞，其质量是太阳的65亿倍。这个黑洞在2019年事件视界望远镜（EHT）合作项目发布其肖像——也是人类有史以来第一张黑洞阴影的直接图像——时，立刻名声大噪。

现在，EHT合作项目发布了M87的更新图像，前所未有地展示了从其黑洞附近区域流出的光。这些图像揭示了一个强大的磁场的复杂结构，天文学家认为正是这个磁场负责将这个黑洞射出的、长达5000光年的喷流以接近光速的速度向外喷射。

让我们来了解一下

当光波经过强磁场附近时，磁场的拉力会在光波上留下清晰的印记。就像铁屑排列起来显示条形磁铁的不可见磁力线一样，光波在磁场存在的情况下会“排列起来”——或者说变得偏振——从而揭示磁场的结构和强度的线索。而这正是EHT合作项目研究人员所看到的。

“光的偏振携带的信息使我们能够更好地理解2019年4月我们看到的图像背后的物理原理，”西班牙瓦伦西亚大学的Iván Martí-Vidal（EHT偏振工作组协调员之一）在新闻稿中解释说。“揭示这张新的偏振光图像需要多年的工作，因为获取和分析数据涉及复杂的技术。”他补充道。

一张新图像显示了从M87黑洞周围以及流入黑洞的热物质吸积盘发出的光的偏振情况。至少有一部分盘面是显著偏振的。这反过来告诉天文学家，该盘面包含高度磁化的气体。他们估计黑洞的磁场强度在1到30高斯之间，或者大约是地球自身磁场的2到50倍。

在黑洞事件视界（即“不归点”）附近，研究人员发现磁场非常强大，它将一些物质推开，尽管大部分物质流入其中，永远消失在黑洞内。基于利用这些新信息对吸积盘进行的模型分析，研究人员计算出M87黑洞每年吸入物质的速率为0.0003到0.002个太阳质量。

黑洞磁场充当守门员的能力，至少阻止一部分物质落入其中，这可能是M87黑洞喷射出延伸数千光年的物质喷流的关键。天文学家一直认为磁场在这个过程中起着至关重要的作用，但他们现在才开始详细了解其具体发生过程。如此近距离的观察将帮助研究人员更好地调整他们关于物质和磁场在黑洞附近极端区域如何表现的模型。

EHT合作项目还使用了智利阿塔卡马毫米/亚毫米波阵列（ALMA）的数据——ALMA是组成EHT的全球虚拟连接射电望远镜网络的一部分——来绘制喷流中距离黑洞更远的一部分光线的偏振图。因此，天文学家不仅拥有了极近距离的视角，还获得了物质和磁场在M87喷流中从其起源点开始演变的远距离全景图。