闪烁的“银河之心”_风闻

原创：牧夫天文

翻译：周唯亮

校对：牧夫校对组

编排：张少岩

后台：库特莉亚芙卡 李子琦

原文链接：

https://phys.org/news/2020-05-alma-twinkling-heart-milky.html

ALMA探测发现，黑洞周围盘旋的热点可能会产生准周期毫米波的辐射。 

图片来源：庆应义塾大学

天文学家使用阿塔卡玛毫米/亚毫米波阵列望远镜（ALMA）发现，来自银河系中心人马座A*（Sgr A*）的毫米波会产生准周期的闪烁。研究小组认为这些闪烁是由围绕超大质量黑洞运行的无线电点的旋转造成的，其旋转的轨道半径小于水星的公转半径。这一发现对于研究极端引力作用下的时空是一条有趣的线索。

研究团队在《天文物理期刊通讯》刊发的一篇论文中描述了这些发现，该论文的第一作者、日本庆应义塾大学的研究生岩田裕平（Yuhei Iwata）介绍说，“众所周知，Sgr A*有时会在毫米波段上爆发。这次，通过使用ALMA，我们获得了长达10天，每天70分钟的Sgr A*的无线电波强度变化的高质量数据。经分析我们发现了两个趋势：典型时间尺度为30分钟的准周期变化，以及长达一小时的缓慢变化。”

阿塔卡玛毫米/亚毫米波阵列望远镜（ALMA）  图片来源：伊兹克·邦奇纳（Iztok Bončina）/欧洲南方天文台（ESO）

天文学家们推断，这个质量相当于400万个太阳的巨型黑洞位于Sgr A*的中心。不仅在毫米波波段，而且在红外光和X射线的波段上都观察到了Sgr A*的耀斑。然而，这次用ALMA探测到的变化远小于之前所探测到的，并且这种水平的微小变化可能一直都在Sgr A*中出现。

用ALMA探测到的Sgr A*的毫米波辐射变化。不同的色点显示不同频率下的通量（蓝色：234.0 GHz，绿色：219.5 GHz，红色：217.5 GHz）。在图中可以看到大约30分钟为一个周期。

 图片来源：岩田裕平等人/庆应义塾大学

黑洞本身不会产生任何形式的辐射。辐射来源是黑洞周围灼热的气体盘。黑洞周围的气体不会直接进入引力阱，而是绕黑洞旋转以形成一个吸积盘。

该团队专注于较短时间尺度的变化，他们发现30分钟的变化周期与吸积盘最内边缘的轨道周期相当，其半径为0.2天文单位（1天文单位相当于地球与太阳之间的距离：1.5亿公里）。相比之下，水星作为太阳系最内层的行星，它围绕太阳旋转的距离有0.4个天文单位。考虑到黑洞中心处的巨大质量，其引力效应在吸积盘中也极强。

庆应义塾大学的教授冈朋治（Tomoharu Oka）说：“这种辐射可能与发生在超大质量黑洞附近的一些奇异现象有关。”

他们目前分析的情况如下所述。热点零星地形成在吸积盘中，并围绕黑洞旋转，发射出强烈的毫米波。根据爱因斯坦的狭义相对论，当辐射源以接近光速的速度向观察者移动时，辐射会被极大地放大。吸积盘内边缘的旋转速度非常之快，因此会产生这种奇特的效应。天文学家认为，这是Sgr A*毫米波辐射的短期变化的起因。

研究小组认为，这种变化可能会影响使用事件视界望远镜（EHT）为制作超大质量黑洞图像所做的努力。Oka教授说：“一般来说，物体的运动速度越快，拍摄其照片就越困难。相反，辐射本身的变化为气体运动提供了令人信服的见解。通过使用ALMA长期进行探测，我们可能会目睹黑洞吸收气体的那一刻。”研究人员的目标是提取独立的信息，以了解超大质量黑洞周围的神秘环境。

论文链接: Yuhei Iwata et al, Time Variations in the Flux Density of Sgr A* at 230 GHz Detected with ALMA, The Astrophysical Journal (2020). DOI: 10.3847/2041-8213/ab800d

期刊信息: Astrophysical Journa Letters , Astrophysical Journal

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