在银河系超大质量黑洞周围的尘埃环上,被磁场的流线覆盖,其中朝向黑洞落下的温暖材料,形成了Y形结构,而黑洞则位于两个臂的交叉点附近。为什么其他星系的超大黑洞,不像银河系中心的射手座A *这样安静?终于,科学家们通过NASA的SOFIA(红外天文学平台观测站)观测,揭示了银河系中心强磁场线前所未有的信息,问题的答案就在于磁力。
知道活动黑洞和安静黑洞之间有何不同,就能明白为什么我们的黑洞是安静的,而其他星系是活跃的。科学家首先需要了解的就是:黑洞和磁场之间的相互作用,是如何进行的。处于银河系中心的射手座A *,因为其本身的强引力主导了银河系的核心。在一般情况下,只要有材料落入黑洞,就会导致其发出高能辐射,我们也可以由此知道它们的存在。
但是,射手座A *却在这方面表现不同,和其他星系中的黑洞不同的是,这个银河系的心脏所产生的辐射,远低于科学家们的预期,所以表现的尤为安静。这点引起了研究人员的怀疑,在它的周围有无形的磁场线。通过新的图像分析,在太空中有一个延伸光年的结构,有很多看不见的线条形成,它们可以阻止物质落入黑洞。当这巨大的磁场将物质撞击到黑洞捕获的轨道上,那么为何大部分会沉睡就有了答案。实际中的它,看上去如此暗淡,以至于在天空中,也可以被磁星超越,黑洞周围的轨道都被磁场的螺旋形状引入气体。
早在2013年,一颗包裹在强大磁场中的超级磁星,在SagA *和地球之间点亮,从此科学家们一直在努力用X射线望远镜观察黑洞。望远镜经常看到黑洞周围其他更近的恒星,作为不同的物体。整个天空周围是1,296,000弧秒,而SagA *和磁星(名为SGR 1745-2900)的角度是这样的:从地球的角度看,几乎在彼此的顶部,在天空中也仅相差2.4弧秒。
最终,同类太空中最锐利的望远镜、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,以及静止的SagA *周围气体相对较暗的部分。随着时间的推移,虽然比典型的慢,但磁星的发光已经褪色,。即使是钱德拉也不容易分辨哪些X射线光子,来自黑洞周围的热气体、以及来自磁星的热气体。它们看起来有点像汽车的两个车头灯,并且已经开始融合成一个。
不管这些磁线是存在于磁铁周围,还是黑洞之中,该磁场都是看不见的。所以,科学家们使用了映射磁场线的方法。在波音747飞机的背面,被研究人员安装了SOFIA的NASA红外望远镜。虽然SOFIA看不到那些看不见的线条,但它却可以看到尘埃粒子漂浮在那些线条上。具体来说,他们采用了SOFIA最新的仪器,即高分辨率机载宽带相机(HAWC +),以跟踪尘埃粒子发出的偏振远红外线。
由于磁场结构的原因,导致了所有粒子指向一个方向:就像太阳镜可以使穿过它们的光极化一样,这些对齐的粒子反过来使穿过尘埃的红外光偏振,由于尘埃粒子垂直于磁场排列,让研究人员能够找出线条的位置、以及它们指向的方向,并能够绘制形状、推断出黑洞周围磁场的强度。科学家将新地图与射手座A *的中红外图像相结合,揭示了磁场的方向。
一些超大质量的黑洞,在这些光线上显示出来,但射手座A *是一种比较常见的“静止”式超大质量黑洞。一旦东西超出了黑洞的事件视野,它就会在功能上永远消失。从我们的角度来看,事件视界之外的空间是真正的黑色,而那里什么都看不到。
但是,由于事件地平线望远镜,在处女座A星系中的超大质量黑洞的图像,显示了这个信息,黑洞周围的事件视界通常被包裹在落入物质的云中。而且这种材料的移动速度非常快,随之所产生的摩擦也很大,可以照亮天文学家从地球上看到的光线。
磁场线的测量是令人兴奋的,但也有科学家怀疑这些线是否完全解释了黑洞的安静状态。但每一个发现,如射手座A *周围磁场的作用,都有助于提供一块拼图,并且只有拥有足够的拼图,我们才有希望了解星系的生命周期和它们所承载的黑洞。而射手座A *是距离太阳最近的超大质量黑洞,因此提供了一个学习神秘巨人如何运作的好机会。
对于磁力线可以完全解释为什么射手座A *如此安静、又或者其他超大质量黑洞因同样的原因而安静,尽管有人对此持怀疑态度,但这项研究成功依然很重要,它为天文学科学家提供了新的、解开超大质量黑洞行为奥秘的钥匙。HAWC +就像是一个改变游戏规则的人,这也是我们能够真正看到磁场和星际物质,如何相互作用的第一个实例。