全球時訊：黑暗中的閃爍：科學家構建銀河系超大質量黑洞的最精確模型

在6月17日發表在《天體物理學雜志快報》上的一篇最新論文中，高級研究所的威廉-D-拉夫林成員Lena Murchikova、普林斯頓大學的Chris White 和加州大學圣塔芭芭拉分校的Sean Ressler能夠利用這種微妙的閃爍來構建迄今為止我們自己星系的中心黑洞--人馬座A*（Sgr A*）的最精確模型，提供了對其結構和運動等特性的洞察力。

研究人員首次在一個單一的模型中展示了氣體如何在銀河系中心旅行的完整故事--從被恒星吹走到落入黑洞。通過觀察閃爍的光，研究小組得出結論，銀河系中心黑洞“進食”的最有可能的情況涉及到從遠處直接進入的氣體，而不是在很長一段時間內緩慢抽走軌道上的物質。

Murchikova說：“黑洞是其自身秘密的‘守門人’。為了更好地了解這些神秘的天體，我們依賴于直接觀察和高分辨率的建模。”

(資料圖片僅供參考)

雖然黑洞的存在在大約100年前由卡爾·施瓦茨柴爾德根據阿爾伯特·愛因斯坦的新引力理論預測出來，但研究人員現在才開始通過觀測來探測它們。

2021年10月，Murchikova在《天體物理學雜志快報》上發表了一篇論文，介紹了一種研究黑洞閃爍的方法，時間尺度為幾秒鐘，而不是幾分鐘。這一進展使研究人員能夠根據Sgr A*的閃爍對其屬性進行更準確的量化。

White 一直在研究黑洞附近的氣體發生的細節（在那里廣義相對論的強效應很重要），以及這如何影響到來到我們身邊的光線。今年早些時候發表的《天體物理學雜志》總結了他的一些發現。

Ressler花了數年時間，試圖構建迄今為止對Sgr A*周圍氣體最真實的模擬。他通過將對附近恒星的觀測直接納入模擬，并細致地跟蹤它們落入黑洞時脫落的物質來做到這一點。 他最近的工作成果此前已發表在《天體物理學雜志》上。

Murchikova、White 和 Ressler 隨后合作，將觀察到的Sgr A*的閃爍模式與他們各自的數字模型所預測的閃爍模式進行比較。

“結果證明是非常有趣的，”Murchikova解釋說。“長期以來，我們認為我們可以在很大程度上不考慮黑洞周圍的氣體來自哪里。典型的模型設想了一個人工的氣體環，大致呈甜甜圈狀，在離黑洞的某個大距離。我們發現，這種模型產生的閃爍模式與觀測結果不一致。”

Ressler的恒星風模型采取了一種更現實的方法，即黑洞所消耗的氣體最初是由銀河系中心附近的恒星脫落的。當這些氣體落入黑洞時，它再現了正確的閃爍模式。Ressler評論說： “建立這個模型的目的不是為了解釋這個特定的現象。成功決不是一種保證。因此，在多年的工作之后，看到該模型如此戲劇性地成功是非常令人鼓舞的。”

“當我們研究閃爍時，我們可以看到黑洞每秒發出的光量的變化，在一個晚上的時間里進行成千上萬次的測量，”White 解釋說。“然而，這并不能像大規模圖像那樣告訴我們氣體在空間中是如何排列的。通過結合這兩種類型的觀測，有可能減輕每一種的局限性，從而獲得最真實的畫面。”