活跃的黑洞和安静的黑洞有什么区别?为什么射手座A *这么安静?

银河系超大质量黑洞周围的尘埃环被磁场的流线所覆盖,其中向黑洞下落的温暖物质形成了Y型结构,黑洞位于两臂的交点附近。为什么其他星系的超大质量黑洞没有银河系中心的人马座A *那么安静?最后,科学家通过美国国家航空航天局SOFIA(红外天文平台天文台)的观测,揭示了关于银河系中心强磁场线的前所未有的信息。问题的答案在于磁力。

知道了活动黑洞和安静黑洞的区别,就能理解为什么我们的黑洞是安静的,而其他星系是活动的。科学家首先需要知道的是黑洞和磁场之间的相互作用是如何进行的。人马座A *位于银河系的中心,因为其强大的引力支配着银河系的核心。一般情况下,任何物质只要落入黑洞,都会导致其发出高能辐射,我们也可以知道它们的存在。

不过射手座A *在这方面就不一样了。与其他星系中的黑洞不同,这个星系的中心产生的辐射远低于科学家的预期,所以它特别安静。这引起了研究人员的怀疑,认为其周围存在看不见的磁力线。通过新的图像分析,太空中存在长达一光年的结构,形成了许多看不见的线,可以阻止物质落入黑洞。当这个巨大的磁场将物质击入黑洞捕获的轨道时,那么为什么它们大多数会睡着就有了答案。在现实中,它看起来如此暗淡,以至于在天空中,它也可以被磁性恒星超越,黑洞周围的轨道被磁场的螺旋形状引入气体中。

早在2013年,一颗被强磁场包裹的超级磁星在佐贺*和地球之间亮起。从那以后,科学家们一直试图用X射线望远镜观察黑洞。望远镜经常将黑洞周围的其他邻近恒星视为不同的物体。整个天空在1,296,000弧秒左右,SagA *与磁星(名为SGR 1745-2900)的夹角是这样的:从地球的角度看,几乎是在彼此的顶部,天空中的差异只有2.4弧秒。

最后,太空中同类最敏锐的望远镜,钱德拉X射线天文台,看到实际上有两个X射线源:明亮闪烁的新光和静止的佐贺*周围相对黑暗的气体部分。随着时间的推移,虽然比典型的慢,但磁星的发光已经褪色。即使是钱德拉也无法轻易区分哪些X射线光子来自黑洞周围的热气,哪些来自磁星的热气。它们看起来有点像汽车的两个大灯,已经开始合二为一了。

无论这些磁力线是存在于磁铁周围还是黑洞中,磁场都是看不见的。因此,科学家们使用了绘制磁力线的方法。在波音747的背面,研究人员安装了索菲亚的美国国家航空航天局红外望远镜。索菲亚虽然看不到那些看不见的线,但却能看到那些线上漂浮的尘埃颗粒。具体来说,他们采用了SOFIA的最新仪器,即高分辨率机载宽带相机(HAWC+),来跟踪尘埃颗粒发出的偏振远红外线。

由于磁场的结构,所有的粒子都指向一个方向:就像太阳镜可以偏振穿过它们的光一样,这些对齐的粒子反过来偏振穿过尘埃的红外光。由于尘埃粒子垂直于磁场排列,研究人员可以找出线条的位置和它们指向的方向,并可以绘制形状和推断黑洞周围磁场的强度。科学家将新地图与人马座A *的中红外图像结合起来,揭示了磁场的方向。

这些射线中显示了一些超大质量黑洞,但人马座A *是一个相对常见的“静态”超大质量黑洞。一旦某个东西超出了黑洞的活动视界,它就会在功能上永远消失。从我们的角度来看,视界外的空间真的是黑的,那里什么也看不见。

然而,由于事件视界望远镜,室女座A星系的超大质量黑洞图像显示了这些信息,黑洞周围的事件视界通常被坠入物质的云所包裹。而且这种物质运动速度非常快,产生很大的摩擦力,可以照亮天文学家从地球上看到的光。

磁场线的测量令人兴奋,但一些科学家怀疑这些线是否完全解释了黑洞的安静状态。但是每一个发现,比如人马座A *周围的磁场,都有助于提供一个谜题,只有有了足够多的谜题,我们才有希望了解星系的生命周期和它们携带的黑洞。人马座A *是离太阳最近的超大质量黑洞,所以呢?它提供了一个很好的机会来了解神秘的巨人是如何工作的。

磁力线可以充分解释为什么人马座A *如此安静,或者其他超大质量黑洞也是因为同样的原因而安静。虽然有人对此持怀疑态度,但这项研究的成功还是很重要的。它为天文学家提供了一把解开超大质量黑洞行为之谜的新钥匙。HAWC+就像一个游戏改变者,这是第一个我们可以真正看到磁场和星际物质如何相互作用的例子。