韦伯和事件Horizo​​ n Telescope将揭示银河系的超级分类黑洞


一种巨大的热气体漩涡,用红外光发光,标志着我们银河系的核心银河系中超大分离的黑洞的大致位置。This multiwavelength composite image includes near-infrared light captured by NASA’s Hubble Space Telescope, and was the sharpest infrared image ever made of the galactic center region when it was released in 2009. Dynamic flickering flares in the region immediately surrounding the black hole, named Sagittarius A*, have complicated the efforts of the Event Horizon Telescope (EHT) collaboration to create a closer, more detailed image. While the black hole itself does not emit light and so cannot be detected by a telescope, the EHT team is working to capture it by getting a clear image of the hot glowing gas and dust directly surrounding it. NASA’s upcoming James Webb Space Telescope, scheduled to launch in December 2021, will combine Hubble’s resolution with even more infrared light detection. In its first year of science operations, Webb will join with EHT in observing Sagittarius A*, lending its infrared data for comparison to EHT’s radio data, making it easier to determine when bright flares are present, producing a sharper overall image of the region. In the composite image shown here, colors represent different wavelengths of light. Hubble’s near-infrared observations are shown in yellow, revealing hundreds of thousands of stars, stellar nurseries, and heated gas. The deeper infrared observations of NASA’s Spitzer Space Telescope are shown in red, revealing even more stars and gas clouds. Light detected by NASA’s Chandra X-ray Observatory is shown in blue and violet, indicating where gas is heated to millions of degrees by stellar explosions and by outflows from the supermassive black hole. Credits: NASA, ESA, SSC, CXC, STScI

在地球上各个孤立的山顶上,科学家们等待着黑夜降临的消息:地面上和太空中的几十架望远镜之间的复杂协调已经完成,天气晴朗,技术问题已经解决——比喻的星星已经排成一线。

是时候看看我们银河系中心的超大质量黑洞了。

这种被天文学家称为“排期数独”的活动每天都在由视界望远镜(EHT)合作进行的观测活动中进行,而且他们很快就会有新的参与者加入;美国宇航局的詹姆斯·韦伯太空望远镜也将参与其中。在韦伯的第一次观测期间,天文学家将利用它的红外成像能力来解决一些独特而持久的挑战,这些挑战是由银河系的黑洞人马座A* (Sgr A*;星号发音为“star”)。

2017年,EHT使用了星球上的八个无线电望远镜设施的组合成像力,以捕获立即围绕一个立即周围的地区的历史悠久的地区的第一个视图,在Galaxy M87中。SGR A *更近,但比M87的黑洞更柔和,并且在围绕材料的材料中独特的闪烁耀斑,每小时改变光线模式,为天文学家呈现挑战。

“我们星系的超大质量黑洞是已知的唯一有这种耀斑的黑洞,虽然这使得捕捉该区域的图像非常困难,但也使人马座A*在科学上更加有趣。”西北大学教授、韦伯观测Sgr a *项目的首席研究员法哈德·尤瑟夫-扎德说。

耀斑是由于黑洞周围的粒子暂时而强烈地加速到更高的能量,并发出相应的光。用韦伯望远镜观测Sgr A*的一个巨大优势是能够同时连续地从月球以外的望远镜位置捕捉两个红外波长(F210M和F480M)的数据。韦伯将有一个不间断的视图,观察耀斑和平静的周期,EHT团队可以使用他们自己的数据作为参考,从而得到一个更清晰的图像。

引起Sgr A*耀斑的来源或机制仍有很大争议。关于Sgr A*耀斑如何开始、达到峰值和消散的答案,可能会对未来的黑洞研究、粒子和等离子体物理学,甚至太阳耀斑的研究产生深远的影响。

“黑洞就是很酷,”韦伯Sgr A*研究小组的天文学家、EHT科学委员会现任副主席塞拉·马尔科夫(Sera Markoff)说。“世界各地的科学家和太空机构投入如此多精力研究黑洞的原因是,它们是已知宇宙中最极端的环境,我们可以在那里对广义相对论等基本理论进行实践检验。”

由Albert Einstein预测的黑洞作为他的一般相对论的一部分,是一种感觉与他们的名字所暗示的相反 - 而不是空间中的空洞,黑洞是最密集,紧密的物质区域已知。黑洞的引力场是如此强大,它扭曲了本身周围的空间织物,并且任何变得过于靠近的材料都必须永久地束缚,以及材料发出的任何光线。这就是为什么黑洞出现“黑色”。望远镜检测到的任何光都实际上不是来自黑洞本身,而是围绕着它的区域。科学家称之为那个光线的最终内部边缘,这是EHT协作获得其名称的地方。

M87的EHT图像是第一个直接的视觉证据,证明爱因斯坦的黑洞预测是正确的。黑洞继续检验爱因斯坦的理论,和科学家们希望经过精心安排的多观察Sgr a *的过去,韦伯,x射线和其他天文台将缩小误差在广义相对论计算,或者指向新物理学领域目前我们不理解。

尽管新理解和/或新物理学的前景令人兴奋,但Markoff和Zadeh都指出,这仅仅是个开始。“这是一个过程。一开始,我们可能会有更多的问题而不是答案。Sgr A*研究小组计划在未来几年向韦伯申请更多的时间,以见证更多的耀斑事件,并建立一个知识库,从看似随机的耀斑中确定模式。从研究Sgr A*中获得的知识将被应用于其他黑洞,以了解什么是它们的本质,什么使一个黑洞独一无二。

因此,紧张的数独游戏日程还将持续一段时间,但天文学家们认为这是值得的。“寻找真相是人类能做的最高尚的事情,”扎德说。“这是我们的天性。我们想知道宇宙是如何运作的,因为我们是宇宙的一部分。黑洞可以为这些重大问题提供一些线索。”

美国宇航局的韦伯望远镜将作为下一个十年的首要空间科学观测站,并从我们的太阳系内到早期宇宙中最遥远的可观察星系以及之间的所有阶段,探讨宇宙历史的每一阶段。韦伯将揭示新的和意想不到的发现,帮助人类了解宇宙的起源和我们的位置。韦伯是由美国宇航局为领导的国际计划,其合作伙伴,欧安全盟(欧洲航天局)和加拿大空间机构。

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