EHT合作組織的最新發現揭示了人馬座A*周圍強大而有組織的磁場，這表明黑洞之間存在共同的特徵。與M87的黑洞的詳細比較顯示了相似之處，暗示了黑洞的普遍特徵。 未來觀測技術的提高有望讓我們對黑洞有更深入的了解和更詳細的成像。

事件地平線望遠鏡（EHT）合作小組於2022年首次拍攝了銀河系黑洞的圖像，這次又拍攝到了銀河系中心這個巨大天體的新景象：它在偏振光下的樣子。 這是天文學家第一次能夠在如此接近人馬座A* 邊緣的地方測量偏振光（磁場的特徵）。 這張圖片顯示了銀河系黑洞的偏振視圖。 影像上疊加的線條標記了偏振的方向，這與黑洞陰影周圍的磁場有關。 圖片來源：EHT 合作小組

今年早些時候，事件地平線望遠鏡（EHT）合作小組發布了一張新圖像，揭示了從超大質量黑洞人馬座A*（Sgr A*）邊緣螺旋狀延伸出來的強大而有組織的磁場。 這是首次以偏振光拍攝的銀河系中央黑洞的突破性景象，顯示出與M87星系黑洞極為相似的磁場結構。

這表明強大的磁場可能是所有黑洞的共同特徵。 這種相似性也提出了Sgr A*出現隱藏噴流的可能性。 這些發現發表在《天文物理學期刊通訊》。

左圖是銀河系中心的超大質量黑洞人馬座A* 的偏振光，可見的線條表示偏振的方向，這與黑洞陰影周圍的磁場有關。 中間是SOFIA 拍攝的銀河系中心的偏振光。 右後方是普朗克合作小組繪製的整個銀河系的塵埃偏振發射圖。 圖片來源：S. Issaoun，EHT 協作小組

科學家於2022 年首次公開了Sgr A* 的圖像–它距離地球約27000 光年，圖像顯示，雖然銀河系的超大質量黑洞比M87 小一千多倍，質量也小得多，但它看起來卻非常相似。 這讓科學家不禁要問，這兩個黑洞除了外形之外是否還有其他共同特徵。 為了找出答案，研究團隊決定用偏振光研究Sgr A*。

先前對M87*周圍光線的研究顯示，黑洞巨行星周圍的磁場使它能夠向周圍環境發射強大的物質噴流。 在這項工作的基礎上，新的圖像顯示Sgr A* 可能也是如此。

CfANASA 哈伯獎學金計畫愛因斯坦研究員、史密森天文物理天文台（SAO）天文物理學家兼該計畫的共同負責人薩拉-伊薩恩（Sara Issaoun）說：「我們現在看到的是，銀河系中心的黑洞附近存在著強大、扭曲和有組織的磁場。

在偏振光下看到的這張超大質量黑洞M87* 和人馬座A* 的並排圖像向科學家表明，這些黑洞具有相似的磁場結構。 這一點意義重大，因為它表明，支配黑洞進食和噴射的物理過程可能是超大質量黑洞的普遍特徵。 資料來源：EHT 合作小組

光是一種振盪或移動的電磁波，它能讓我們看見物體。 有時，光會以特定的方向擺動，我們稱之為”偏振光”。 雖然偏振光環繞著我們，但在人類眼中，它與”正常”光是無法區分的。 在這些黑洞周圍的等離子體中，圍繞磁場線旋轉的粒子會產生垂直於磁場的偏振模式。 這使得天文學家能夠越來越生動地看到黑洞區域內發生的細節，並繪製出它們的磁場線。

哈佛大學黑洞計畫研究員、計畫共同負責人安傑洛-里卡爾特（Angelo Ricarte）說：”透過對黑洞附近熾熱發光氣體的偏振光成像，我們可以直接推斷出磁場的結構和強度，這些磁場貫穿著黑洞吸食和噴射的氣體和物質流。

但是，用偏振光成像黑洞並不像戴上一副偏振太陽眼鏡那麼容易，Sgr A*尤其如此，它的變化速度非常快，根本無法靜止不動地拍照。 對這個超大質量黑洞進行成像需要複雜的工具，而這些工具遠遠超出了以前拍攝M87*時所使用的工具，因為M87*是一個更穩定的目標。

CfA博士後研究員、SAO天體物理學家保羅-蒂德（Paul Tiede）說：”我們能夠拍攝到Sgr A*的偏振圖像，實在令人興奮。我們花了幾個月的時間對第一張圖像進行了大量分析，以了解它的動力學性質並揭示其平均結構。幸運的是，我們的黑洞要平靜得多，使得第一幅圖像成為可能。

科學家很高興能獲得兩張偏振光下的超大質量黑洞影像，因為這些影像和隨之而來的數據為比較和對比不同大小和質量的黑洞提供了新的方法。 隨著技術的進步，這些圖像很可能會揭示黑洞的更多秘密及其異同。

伊利諾大學香檳分校博士後研究員Michi Bauböck 說：”M87* 和Sgr A* 在幾個重要方面有所不同： M87* 要大得多，而且它從周圍吸入物質的速度要快得多。 因此，我們可能會認為它的磁場看起來也非常不同。更了解黑洞附近的磁場有助於我們回答幾個懸而未決的問題–從噴流是如何形成和發射的，到我們在紅外線和X 射線光下看到的明亮耀斑的動力是什麼。

自2017 年以來，EHT 已經進行了多次觀測，並計劃於2024 年4 月再次觀測Sgr A*。 隨著EHT採用新的望遠鏡、更大的頻寬和新的觀測頻率，每年的影像都會有所改進。 未來十年的擴展計畫將實現對Sgr A* 的高保真拍攝，可能會發現一個隱藏的噴流，並能讓天文學家觀測到其他黑洞的類似偏振特徵。 同時，將EHT 擴展到太空將提供比以往更清晰的黑洞影像。

CfA正在領導幾項重大計劃，以在未來十年內大幅增強EHT。下一代歐洲高溫計（ngEHT）專案正在對歐洲高溫計進行變革性升級，目的是將多個新的電波碟片聯機，實現多色同步觀測，並提高陣列的整體靈敏度。 ngEHT的擴展將使該陣列能夠即時拍攝事件視界尺度上的超大質量黑洞。 這些影片將解析事件視界附近的詳細結構和動力學，使廣義相對論所預測的”強場”引力特徵以及吸積和相對論噴流發射的相互作用成為焦點，而相對論噴流發射正是宇宙大尺度結構的雕刻。

同時，黑洞探測器（BHEX）任務概念將把EHT 擴展到太空，產生天文學史上最清晰的圖像。 BHEX 將實現對”光子環”的探測和成像–這是黑洞周圍強透鏡發射形成的尖銳環狀特徵。 黑洞的特性印刻在光子環的大小和形狀上，揭示了數十個黑洞的質量和自旋，進而展示了這些奇特天體是如何生長並與其宿主星系相互作用的。

編譯自/ ScitechDaily