閃爍的“銀河之心”_風聞

原創：牧夫天文

翻譯：周唯亮

校對：牧夫校對組

編排：張少巖

後台：庫特莉亞芙卡 李子琦

原文鏈接：

https://phys.org/news/2020-05-alma-twinkling-heart-milky.html

ALMA探測發現，黑洞周圍盤旋的熱點可能會產生準週期毫米波的輻射。 

圖片來源：慶應義塾大學

天文學家使用阿塔卡瑪毫米/亞毫米波陣列望遠鏡（ALMA）發現，來自銀河系中心人馬座A*（Sgr A*）的毫米波會產生準週期的閃爍。研究小組認為這些閃爍是由圍繞超大質量黑洞運行的無線電點的旋轉造成的，其旋轉的軌道半徑小於水星的公轉半徑。這一發現對於研究極端引力作用下的時空是一條有趣的線索。

研究團隊在《天文物理期刊通訊》刊發的一篇論文中描述了這些發現，該論文的第一作者、日本慶應義塾大學的研究生巖田裕平（Yuhei Iwata）介紹説，“眾所周知，Sgr A*有時會在毫米波段上爆發。這次，通過使用ALMA，我們獲得了長達10天，每天70分鐘的Sgr A*的無線電波強度變化的高質量數據。經分析我們發現了兩個趨勢：典型時間尺度為30分鐘的準週期變化，以及長達一小時的緩慢變化。”

阿塔卡瑪毫米/亞毫米波陣列望遠鏡（ALMA）  圖片來源：伊茲克·邦奇納（Iztok Bončina）/歐洲南方天文台（ESO）

天文學家們推斷，這個質量相當於400萬個太陽的巨型黑洞位於Sgr A*的中心。不僅在毫米波波段，而且在紅外光和X射線的波段上都觀察到了Sgr A*的耀斑。然而，這次用ALMA探測到的變化遠小於之前所探測到的，並且這種水平的微小變化可能一直都在Sgr A*中出現。

用ALMA探測到的Sgr A*的毫米波輻射變化。不同的色點顯示不同頻率下的通量（藍色：234.0 GHz，綠色：219.5 GHz，紅色：217.5 GHz）。在圖中可以看到大約30分鐘為一個週期。

 圖片來源：巖田裕平等人/慶應義塾大學

黑洞本身不會產生任何形式的輻射。輻射來源是黑洞周圍灼熱的氣體盤。黑洞周圍的氣體不會直接進入引力阱，而是繞黑洞旋轉以形成一個吸積盤。

該團隊專注於較短時間尺度的變化，他們發現30分鐘的變化週期與吸積盤最內邊緣的軌道週期相當，其半徑為0.2天文單位（1天文單位相當於地球與太陽之間的距離：1.5億公里）。相比之下，水星作為太陽系最內層的行星，它圍繞太陽旋轉的距離有0.4個天文單位。考慮到黑洞中心處的巨大質量，其引力效應在吸積盤中也極強。

慶應義塾大學的教授岡朋治（Tomoharu Oka）説：“這種輻射可能與發生在超大質量黑洞附近的一些奇異現象有關。”

他們目前分析的情況如下所述。熱點零星地形成在吸積盤中，並圍繞黑洞旋轉，發射出強烈的毫米波。根據愛因斯坦的狹義相對論，當輻射源以接近光速的速度向觀察者移動時，輻射會被極大地放大。吸積盤內邊緣的旋轉速度非常之快，因此會產生這種奇特的效應。天文學家認為，這是Sgr A*毫米波輻射的短期變化的起因。

研究小組認為，這種變化可能會影響使用事件視界望遠鏡（EHT）為製作超大質量黑洞圖像所做的努力。Oka教授説：“一般來説，物體的運動速度越快，拍攝其照片就越困難。相反，輻射本身的變化為氣體運動提供了令人信服的見解。通過使用ALMA長期進行探測，我們可能會目睹黑洞吸收氣體的那一刻。”研究人員的目標是提取獨立的信息，以瞭解超大質量黑洞周圍的神秘環境。

論文鏈接: Yuhei Iwata et al, Time Variations in the Flux Density of Sgr A* at 230 GHz Detected with ALMA, The Astrophysical Journal (2020). DOI: 10.3847/2041-8213/ab800d

期刊信息: Astrophysical Journa Letters , Astrophysical Journal

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