宇宙中眾多星系的中心區(qū)域,基本上都存在著一個質(zhì)量巨大的黑洞,我們所在的銀河系當(dāng)然也不例外,這個黑洞被稱為“人馬座A*”(Sagittarius A*),通常情況下,我們將其簡稱為銀心黑洞。
2022年5月12日,事件視界望遠鏡(Event Horizon Telescope)合作組織正式發(fā)布了銀心黑洞的首張照片,讓我們第一次直觀地“看”到銀河系中心的這個龐然大物。
簡單來講,事件視界望遠鏡并不是單一的望遠鏡,而是由分布于世界各地的多個射電天文臺或射電望遠鏡等觀測設(shè)施,通過一種被稱為“甚長基線干涉”的技術(shù)整合在一起的虛擬望遠鏡,其理論口徑大到可以與地球相當(dāng),分辨率也因此被推到極限,從而具備了對銀心黑洞進行直接觀測的能力。
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實際上,對銀心黑洞進行“拍照”,只是事件視界望遠鏡工作的一小部分,相比之下,科學(xué)家更看重的,其實是它獲取到的大量關(guān)于銀心黑洞的觀測數(shù)據(jù)(如電磁信號、偏振信息、時頻數(shù)據(jù)等),通過對其進行研究,我們就可以探索銀心黑洞的各種細節(jié)。
根據(jù)一項發(fā)表在《天文學(xué)與天體物理學(xué)》上的研究,科學(xué)家利用一種被稱為“貝葉斯神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”(Bayesian Neural Network)的深度學(xué)習(xí)模型,對來自事件視界望遠鏡的觀測數(shù)據(jù)進行了深入分析。
據(jù)了解,“貝葉斯神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”的理論基礎(chǔ)來自廣義相對論和磁流體動力學(xué),特別適合處理背景噪聲大、數(shù)據(jù)不完整或者觀測條件復(fù)雜的任務(wù),能夠從復(fù)雜的觀測信號中準確地識別出黑洞物理參數(shù)的可信區(qū)間,在其幫助之下,科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了銀心黑洞有兩個引人注目的特點。
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第一個特點就是它的自轉(zhuǎn)參數(shù)(Spin Parameter)介于0.8至0.94之間。簡單來講,自轉(zhuǎn)參數(shù)是一個無量綱的數(shù)值,只能在0和1之間取值,其中0代表黑洞靜止不轉(zhuǎn),而1代表黑洞視界邊緣的自轉(zhuǎn)速度達到了光速,這也是理論上不可觸及的極限。
所以銀心黑洞如此高的自轉(zhuǎn)參數(shù),就代表著它的自轉(zhuǎn)速度已經(jīng)接近了理論極限。
第二個特點則是銀心黑洞的自轉(zhuǎn)軸相對于銀河系盤面的傾角,分析結(jié)果表明,它的自轉(zhuǎn)軸傾角非常小,介于160至170度之間,這與科學(xué)家的預(yù)期大相徑庭(科學(xué)家原本以為它的自轉(zhuǎn)軸應(yīng)該基本上垂直于銀河系盤面)。
而更引人注目的是,科學(xué)家發(fā)現(xiàn),銀心黑洞的自轉(zhuǎn)軸正好指向地球所在的方向,看上去就像是地球被瞄準了一樣。
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之所以這樣說,其實是因為像銀心黑洞這樣的超大質(zhì)量黑洞,在其高速自轉(zhuǎn)的過程中,是有可能釋放出強大的黑洞噴流的,而一旦這樣的事件發(fā)生,噴流總是會沿著黑洞自轉(zhuǎn)軸向兩端釋放。
不得不說,這不免會令人有點擔(dān)心,既然地球被銀心黑洞瞄準了,那如果它在未來釋放黑洞噴流,會不會威脅我們?nèi)祟惖纳婺兀课覀兘又础?/p>
根據(jù)目前的主流觀點,黑洞噴流的產(chǎn)生與黑洞周圍的吸積盤密切相關(guān),簡單來講就是,黑洞的吸積盤由大量高速運動的帶電粒子構(gòu)成,它們會產(chǎn)生強大的磁場,而當(dāng)黑洞高速自轉(zhuǎn)時,其產(chǎn)生的參考系拖拽效應(yīng)會扭曲這個磁場,當(dāng)達到一定程度時,就會形成一個沿著自轉(zhuǎn)軸向外延伸的磁場通道。
在這個磁場通道內(nèi),強大的電磁力會將吸積盤中的一小部分帶電粒子加速到接近光速,并以極高的準直度噴射出去,進而形成黑洞噴流。
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從理論上來講,黑洞噴流是否強大,與黑洞本身的質(zhì)量以及吸積盤的規(guī)模是正相關(guān)的。而根據(jù)科學(xué)家的估算,銀心黑洞的質(zhì)量大約為太陽的430萬倍,在已知宇宙的超大質(zhì)量黑洞中,這樣的質(zhì)量并不算大,作為對比,人類首張黑洞照片的“主角”——“M87”星系中心的那個黑洞,其質(zhì)量就高達太陽的65億倍左右。
另一方面,觀測數(shù)據(jù)表明,銀心黑洞的吸積盤規(guī)模也不算大,而作為一個存在了100億多年的星系,銀河系本身已經(jīng)相當(dāng)成熟且穩(wěn)定,在其中心區(qū)域,并沒有出現(xiàn)大量的氣體云或者恒星被銀心黑洞吞噬的跡象。
因此可以說,就算銀心黑洞未來會釋放黑洞噴流,其威力也大不到哪里去。
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在此基礎(chǔ)上,再加上我們與銀心黑洞的距離非常遙遠(大約為2.6萬光年),黑洞噴流中的高能帶電粒子跨越如此漫長的空間距離后,其密度也會擴散至一個很低的水平,在地球磁場的保護之下,它們幾乎不可能對我們構(gòu)成任何威脅,所以我們不必對此太過擔(dān)心。
參考資料:Deep learning inference with the Event Horizon Telescope,A&A, 698, A60 (2025),doi.org/10.1051/0004-6361/202553784
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