黑洞吞噬物體,但部分物質又被黑洞吐出了,這是什麼原理

天空之城 2022/07/04 檢舉 我要評論

M87星系中的巨型黑洞正在以接近 光速的速度往外噴射物質

2021年11月4日發表的一項新研究中,創建了一個新的關于M87星系黑洞的計算機模型。新的計算機模型顯示,第一個(同時也是唯一一個)被人類拍攝到照片的黑洞正在往外噴射巨大的等離子體流,其速度接近光速。

這個黑洞距離地球5500萬光年,其處于處女座(Virgo constellation )的Messier 87星系,簡稱為M87。其核心有一個質量為太陽65億倍的黑洞。2019年,一個名為「Event Horizon Telescope」的國籍研究合作機構對該黑洞進行了成像,這也是有史以來第一張圖像。

M87中的黑洞以接近光速的速度往外噴射相對論射流,即等離子體射流。在新的研究中,一個國際研究小組通過用計算機對黑洞及其噴射的射流進行了非常詳細地建模,由此收集到了關于黑洞及其射流新的見解。

該團隊使用三維超級計算機模擬來模擬M87黑洞及其吸積盤的區域——由氣體、等離子體和各種粒子組成的盤,圍繞著黑洞并為其提供能量。該團隊將基于現有觀測結果可能存在于這個黑洞的溫度、物質密度和磁場都納入了考慮范圍。

這幫助了研究人員創建了一個關于黑洞區域的計算機模型,他們使用這個模型來跟蹤和研究黑洞射流中的光子和光粒子的運動。之后,他們將這些計算機模型中的管子跟蹤數據轉換成無線電圖像,然后與真實世界中的觀測結果進行比較。

他們發現,他們的計算機模型中產生的數據與真實世界中的數據非常吻合,這也給了他們自信,關于他們的計算機模型可以對黑洞區域進行相當準確的描述。

該研究的主要作者、歌德大學理論物理研究所的Alejandro Cruz-Osorio在一份聲明中說:「我們關于M87的電磁輻射和噴射形態的理論模型和無線電、光學和紅外光譜的觀測結果驚人的吻合。」

現在,雖然研究人員已經能夠研究和觀測M87中的黑洞(得益于2019的圖像),但仍有許多問題等待解答,比如如此強大的相對論射流是如何產生的,以及它如何保持穩定,如何在太空中噴射出很遠的距離。

據Cruz-Osorio說,從他們的計算機模型中收集到的關于黑洞噴流的數據展示了噴流可能是如何工作的。他說:「模型顯示,超大質量黑洞M87可能是高速旋轉著的,等離子體在噴流中唄強烈磁化,將粒子加速噴射到數年光年的范圍內。」

歌德大學理論物理研究所的研究員,同時也是共同作者Luciano Rezzolla補充說:「除了推進我們對于M87星系黑洞的理解之外,該團隊計算機模擬的圖像與愛因斯坦的廣義相對論的預測是一致的。」

Rezzolla說:「我們模擬的圖像與天文觀測結果與此接近確認了另一件事,即愛伊斯坦的廣義相對論是對星系中心存在超大質量黑洞的最精確和自然的解釋。盡管還有其他理論可能替代廣義相對論的空間,但我們的研究使得該空間進一步縮小了很多。」

相關知識

室女A星系,又稱梅西耶87,簡稱M87,一名NGC 4486,是室女座的巨型橢圓星系,也是銀河系附近質量最大的星系之一。此星系擁有幾項受矚目的特性,第一,其球狀星團數量特別多──M87星系里共含12,000個球狀星團,參考之下,環繞銀河系的球狀星團數量為150-200個。

哈勃望遠鏡觀測到的M87噴流現象。

黑洞是時空展現出極端強大的引力,以致于所有粒子、甚至光這樣的電磁輻射都不能逃逸的區域。廣義相對論預測,足夠緊密的質量可以扭曲時空,形成黑洞;不可能從該區域逃離的邊界稱為事件視界。雖然,事件視界對穿越它的物體的命運和情況有巨大影響,但對該地區的觀測似乎未能探測到任何特征。在許多方面,黑洞就像一個理想的黑體,它不反光。

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