构建迄今为止银河系中心黑洞人马座A*(Sgr A*)的最精确模型

时间:2022-11-27 点击: 作者:漂浮宇宙

构建迄今为止银河系中心黑洞人马座A*(Sgr A*)的最精确模型

构建迄今为止银河系中心黑洞人马座A*(Sgr A*)的最精确模型

据cnBeta:外观可能具有欺骗性。白炽灯泡的光看起来很稳定,但实际上它每秒闪烁120次。因为大脑只感知它所接收到的信息的平均值,这种闪烁是模糊的,对持续照明的感知只是一种幻觉。虽然光线无法逃离黑洞,但快速运行的气体的明亮光芒有其独特的闪烁。

在6月17日发表在《天体物理学杂志快报》上的一篇最新论文中,高级研究所的威廉-D-拉夫林成员Lena Murchikova、普林斯顿大学的Chris White 和加州大学圣塔芭芭拉分校的Sean Ressler能够利用这种微妙的闪烁来构建迄今为止我们自己星系的中心黑洞--人马座A*(Sgr A*)的最精确模型,提供了对其结构和运动等特性的洞察力。

研究人员首次在一个单一的模型中展示了气体如何在银河系中心旅行的完整故事--从被恒星吹走到落入黑洞。通过观察闪烁的光,研究小组得出结论,银河系中心黑洞“进食”的最有可能的情况涉及到从远处直接进入的气体,而不是在很长一段时间内缓慢抽走轨道上的物质。

Murchikova说:“黑洞是其自身秘密的‘守门人’。为了更好地了解这些神秘的天体,我们依赖于直接观察和高分辨率的建模。”

虽然黑洞的存在在大约100年前由卡尔·施瓦茨柴尔德根据阿尔伯特·爱因斯坦的新引力理论预测出来,但研究人员现在才开始通过观测来探测它们。

2021年10月,Murchikova在《天体物理学杂志快报》上发表了一篇论文,介绍了一种研究黑洞闪烁的方法,时间尺度为几秒钟,而不是几分钟。这一进展使研究人员能够根据Sgr A*的闪烁对其属性进行更准确的量化。

White 一直在研究黑洞附近的气体发生的细节(在那里广义相对论的强效应很重要),以及这如何影响到来到我们身边的光线。今年早些时候发表的《天体物理学杂志》总结了他的一些发现。

Ressler花了数年时间,试图构建迄今为止对Sgr A*周围气体最真实的模拟。他通过将对附近恒星的观测直接纳入模拟,并细致地跟踪它们落入黑洞时脱落的物质来做到这一点。 他最近的工作成果此前已发表在《天体物理学杂志》上。

Murchikova、White 和 Ressler 随后合作,将观察到的Sgr A*的闪烁模式与他们各自的数字模型所预测的闪烁模式进行比较。

“结果证明是非常有趣的,”Murchikova解释说。“长期以来,我们认为我们可以在很大程度上不考虑黑洞周围的气体来自哪里。典型的模型设想了一个人工的气体环,大致呈甜甜圈状,在离黑洞的某个大距离。我们发现,这种模型产生的闪烁模式与观测结果不一致。”

Ressler的恒星风模型采取了一种更现实的方法,即黑洞所消耗的气体最初是由银河系中心附近的恒星脱落的。当这些气体落入黑洞时,它再现了正确的闪烁模式。Ressler评论说: “建立这个模型的目的不是为了解释这个特定的现象。成功决不是一种保证。因此,在多年的工作之后,看到该模型如此戏剧性地成功是非常令人鼓舞的。”

“当我们研究闪烁时,我们可以看到黑洞每秒发出的光量的变化,在一个晚上的时间里进行成千上万次的测量,”White 解释说。“然而,这并不能像大规模图像那样告诉我们气体在空间中是如何排列的。通过结合这两种类型的观测,有可能减轻每一种的局限性,从而获得最真实的画面。”相关报道:位于我们银河系中心的巨大黑洞正在闪烁 为什么它很重要?

据cnBeta:在我们银河系的中心有一个巨大的黑洞,名为人马座A*。几乎所有的星系中心都有这样的超大质量黑洞,而我们这个特殊的黑洞在2022年5月迎来了它家喻户晓的成名时刻,当时作为国际合作的一部分,事件地平线望远镜项目成功地拍摄到了它的图像。这张图片实际上并没有显示出黑洞本身,因为它吸收了光线,所以看不见。相反,图片显示了黑洞周围的气体,这些气体在黑洞的事件视界周围撞击在一起,变得很热,因此散发出的能量可以被望远镜看到。

然而,构成这个黑洞周围的气体的光芒并不稳定。事实上,它是闪烁的,科学家们正在研究这种闪烁,以了解更多关于黑洞的结构。正如发表在《天体物理学杂志通讯》上的一篇论文所详述的那样,研究人员利用这种闪烁来建立迄今为止最精确的人马座A*模型。他们能够了解气体是如何在黑洞周围移动并进入黑洞的,发现大部分被摄取的物质不是在黑洞周围旋转的附近气体中被吃掉,而是从相当远的地方来的。首席研究员Lena Murchikova说:"黑洞是其自身秘密的守门人。为了更好地了解这些神秘的物体,我们依赖于直接观察和高分辨率的建模"。与闪烁有关的工作

最近的论文结合了三位从事人马座A*不同方面研究的专家的专长。通过结合对附近恒星如何受到黑洞引力影响的大规模观测,以及对靠近黑洞的气体所发生的更详细的模型 ,他们可以看到,对黑洞的传统理解并不正确。"Murchikova说:"长期以来,我们认为我们可以在很大程度上不考虑黑洞周围的气体来自哪里。典型的模型想象了一个人工的气体环,大致呈甜甜圈状,在离黑洞的某个大距离。我们发现,这种模型产生的闪烁模式与观测结果不一致。"

为了解释他们确实看到的闪烁,专家们不得不允许落入黑洞的气体来自附近的恒星,而不仅仅是来自靠近黑洞的气体轨道。银河系中心附近的恒星放出这种气体,然后被吸引到黑洞,最终经过事件视界。"当我们研究闪烁时,我们可以看到黑洞发出的光量一秒一秒的变化,以至于在一个晚上的时间里可以完成成千上万次的测量,"共同作者Chris White说。"然而,这并不能像大尺度图像那样告诉我们气体在空间中是如何排列的。通过结合这两种类型的观测,有可能减轻每一种的局限性,从而获得最真实的画面。"

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