天文学最神秘的现象——黑洞喷流动态首次绘制成图

科技工作者之家 2018-01-12

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▲从黑洞射出的相对论性喷流

据英国《皇家天文学会月报》的消息称,来自美国西北大学等机构的天文学家日前通过超级计算机的模拟运算,揭开了现代天文学中最神秘的现象——从黑洞射出的相对论性喷流的神秘面纱,首次绘制出这种向外扩展绵延数百万光年喷流的动态图像。

由一台名为“蓝水”的世界上最强大的超级计算机所创建的高级模拟图像显示,在时空被拉入黑洞漩涡的过程中,喷流在太空中逐渐改变方向,或称为旋进。这一现象与阿尔伯特·爱因斯坦在广义相对论中对于旋转黑洞附近极端重力的预测是一致的。

美国西北大学温伯格艺术与科学学院的物理学、天文学助理教授亚历山大·霍夫斯基(Alexander Tchekhovskoy)说:“了解旋转的黑洞如何拽住周围的时空以及过程会对我们在望远镜中看到的东西产生什么影响,依然是至关重要却难以解决的课题。幸运的是,代码开发技术的突破和超级计算机架构上的飞跃让我们离答案越来越近。”

图说:这一模拟动态图像是由“蓝水”超级计算机创建的,这是有史以来第一次展现黑洞周围倾斜的吸积盘旋进与伴随产生的相对论性喷流的模拟图像。

快速旋转的黑洞不仅吞噬物质,而且以相对论性喷流的形式释放能量,就像浴缸里的水进入下水道时会形成漩涡一样,这时气体和磁场就会形成一个旋转的巨大黑洞,最后形成一个旋转的圆盘。这就像一团如意大利通心粉般纠缠在一起的磁场线,搅拌在热气体构成的肉汤中。当黑洞吞噬这碗天体物理学意义上的“肉汤”时,它喝下肉汤却把具有磁场的意大利面悬荡在嘴巴之外。这就使得黑洞宛如变成了一种发射垫,将能量以相对论性喷流的形式从扭曲的磁性面条网中发射出来。

黑洞的吸积现象是一个如飓风一样复杂系统,其距离人类非常遥远,因而无从识别其中的许多细节,而模拟技术提供了一种强有力的方式,来理解望远镜的观测结果并理解黑洞的表现。

此次模拟结果对目前全世界都在进行的对旋转黑洞更深入的研究工作意义重大。通过这个技术手段,天文学家试图理解最近发现的一些天文现象,比如对中子星碰撞而产生引力波的首次探测和伴随产生的电磁烟火,以及普通恒星被超大质量黑洞吞噬的现象。

这些计算结果也会被用于解释事件视界望远镜(EHT)的观测结果,该望远镜有史以来第一次捕捉到了银河系中心超大质量黑洞的阴影图像。

此外,喷流的旋进能够解释来自黑洞周围光强的波动,这种波动被称为准周期振荡(QPOs)。这种振荡的发生方式就类似于灯塔的旋转光束扫过观测者时光线强度的增加。准周期振荡现象是1985年由荷兰阿姆斯特丹大学的Michiel van der Klis首次在黑洞附近发现的,他也是这篇新文章的合著者。

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  编译:朱明逸   审稿:西莫   编辑:程建兰

来源:https://phys.org/news

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