M87 *黑洞射流真的打破了物理定律?

文章作者:管理一号 | 2020-01-10
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时至今日,相信很少有人会对M87 *黑洞感到陌生,因为,有史以来人类拍摄到的首张黑洞图片,就是这个坐落M87星系中心的超大质量黑洞。假使世界天体也能像我们人类社会中的明星一样C位出道,那么,M87 *黑洞就满足一切条件、并已大有威望。而在科学家们的最新研讨中,这个名声在外的黑洞所发射出的物质射流,居然能够挨近、甚至超越光速。那么,X射线下的M87 *黑洞射流,为什么能打破物理规律超光速运动?

M87 *黑洞射流为什么能打破物理定律超光速运动?

来自哈勃望远镜的可见光,以及来自大阵列望远镜的射电图像

检测M87 *黑洞喷出射流的超光速运动

间隔上一次事件视界望远镜(Event Horizon)拍摄到M87 *黑洞图画,已过去了近9个月时刻,而我们的年历也从2019过渡到了2020年。很长时刻以来,科学家们一直尝试着在不同波长下对M87 *黑洞射流进行观测,这其中就包括了之前在可见光、红外光以及无线电情况下捕获的M87 *黑洞射流图画,以及本次有异常新发现的X射线电磁波(能量大且波长极短)。

而M87 *黑洞射流此次观测到的异常运动速度,即:该超大质量黑洞喷出射流中的大部分,竟然都以跟光速适当的速度运动着(大约99%),这也是地理科学家们第一次通过钱德拉X射线(Chandra)观测所得到的数据结果。简而言之,X射线电磁波记录下了M87 *黑洞射流的极点运动速度。

M87 *黑洞射流为什么能打破物理定律超光速运动?

钱德拉X射线捕获到M87 *黑洞射流拥有光速值99%以上的移动速度

许多对黑洞有误解的人都认为,黑洞会将周围的一切物质都吸入自己的内部,但事实上却并非如此。比方,那些围绕着吸积盘做旋转运动的物质,就并不会被一同被吸入黑洞之中。那些没有被黑洞吸入的大部分物质,都会再次被轮回到宇宙空间中。而这些遵从磁场线的射流,其实就是那些以射束、或射流方式喷出的物质。

因为这些射流的回来太空之旅也并非一往无前,所以,才形成了科学家们观测到的团块状结构。事实上,科学家们已经对这些团块的运动跟踪了数年时间,尤其是其间与超大质量黑洞别离相距2500光年和900光年左右的两个团块。而钱德拉X射线所观测到的超光速运动便来自于此,两个节点的移动速度别离达到了光速的6.3倍和2.4倍。但这样的数据成果明显是“不可能的”,因为理论上应该没有什么能够超越光速。

M87 *黑洞射流为什么能打破物理定律超光速运动?

M87 *黑洞射流真的打破了物理定律?

然而,随之而来的问题就是:按道理来说,这个世界上应该不存在比光速更快的速度。众所周知,没有任何物体的运动可以逾越光速,这就是物理学中不可能被打破的定律之一。那么,这就意味着M87 *黑洞射流还存在着其他复杂的问题,也就是所谓的“超光速运动”的实质是哪些原因引起的。关于超光速运动,我们可以用更简略易懂的语言来描绘它。

M87 *黑洞射流为什么能打破物理定律超光速运动?

之所以我们会观察到“超光速运动”,本质上是其在我们视线中的移动速度接近光速。

首要,目标物体相对于咱们调查视线的移动途径,以及其移动的实在速度都是超光速运动的两个重要方面。之所以咱们会感觉某种物体的移动速度超越了光速,主要是由于该物质射流的传播速度特别接近光速。虽然来自M87 *黑洞的射流简直对准了咱们的视线,给研究人员呈现了一种不可能存在的移动速度,但本质上不过是其途径和速度带给咱们的错觉算了。

当然了,在进行此项研讨之前,科学家们就曾调查到过这样的射流移动速度,但区别就在于这一次是在X射线下观测到的运动情况。或许许多对电磁波并不了解的人会认为,这一调查结果与以往并没有什么不同,但事实上这很可能意味着该移动速度是冲击波,而不是射流中团块本身的移动速度。与此同时,从M87 *黑洞喷出的射流,在环绕磁场运动的时分呈现出螺旋形状,这关于解开之所以研讨人员会调查到如此快的移动速度也有所帮助。

M87 *黑洞射流为什么能打破物理定律超光速运动?

在对M87 *黑洞射流进行观测的进程中,研究人员发现在五年的时间里(2012到2017年),其中移动速度到达光速6.3倍的射流,在这期间褪色程度到达了70%(X射线),而且,这一特殊变化并没有发生在紫外线和光学这两个方面。这说明了这些粒子失掉能量的进程,应该就缓慢地发生在磁场旋转的运动进程之中,科学家们将这一进程称为加速器冷却。

简单来说,这足以印证科学家们在不同时间里观测到的X射线源自于相同的粒子,而那些超光速移动的物体就是射流自身的物质。毋庸置疑,通过这长达数年的一系列研讨,咱们了解到M87 *黑洞喷出的射流,确实在以挨近速度极限(光速)的速度移动。虽然其实在的移动速度并没有到达数据显示的光速的6.3倍,但实在移动状况也相当于光速的99%左右。

M87 *黑洞射流为什么能打破物理定律超光速运动?

关于M87 *黑洞与它所在的星系Messier 87

M87 *黑洞地点的星系名叫处女座A,很多时分咱们也将这个超大椭圆星系称为M87(Messier 87 )或NGC4486。为了让大家对这个星系有比较具象的了解,无妨将其与咱们更为了解的银河系进行对比。与咱们相距5300万光年的M87到底有多大?跨越24万光年的它比咱们的银河系还要长一点。

而且,咱们的银河系周围只存在着大约200个球状星团,而M87星系的周边却具有多达1.2万个球状星团。简而言之,M87这个星系中所具有的恒星和全体质量,远比咱们的银河系多得多、且大得多。再加上该星系中一起还包含了很多的球状星团,所以导致其散发出耀眼的光芒(绝对值-22左右)。

M87 *黑洞射流为什么能打破物理定律超光速运动?

视觉亮度8.6mag 的E1型椭圆银河Messier 87 在处女座星座中的位置

许多时候,我们也将超大质量黑洞称为SMBH,而M87 *黑洞就坐落该星系的中心位置。M87 *黑洞算得上是已知星系中质量较大的黑洞,相当于我们太阳质量的64倍、太阳体积的680万倍左右,而其喷射出的物质射流乃至能够向太空延伸5000光年左右。

事实上,包含位于我们银河系中心的超大质量黑洞人马座A*,其大小也不过是M87中心超大质量黑洞M87 *的千分之一左右。大部分研究人员以为,M87 *黑洞之所以能够拥有如此巨大的质量和体积,主要是通过数百个较小的黑洞融合形成,而非简单的单个黑洞吞噬周围物质就能够做到。

M87 *黑洞射流为什么能打破物理定律超光速运动?

M87 *黑洞喷出的射流长达五千光年,位于图像周围的点是球状星团。

钱德拉的M87 *黑洞观测数据与EHT互补

从第一张黑洞相片公布开始,我们就知道了EHT指的是事情视界望远镜,而它所拍摄的黑洞特写镜头正是M87 *黑洞。虽然事情视界的黑洞图像要比钱德拉捕获的图像小一亿倍左右,但这两个观测结果起到了很好的互补效果。

钱德拉X射线的观测目标主要针对的是时刻达到数百年、乃至数千年的黑洞喷出物质,而事件视界望远镜则是对该黑洞视界环的6天时刻进行成像。众所周知,世界中的所有存在体都有其既定的生命周期和演化阶段,相信所有人都关注地球、太阳系、乃至银河系的未来。

M87 *黑洞射流为什么能打破物理定律超光速运动?

由八台地面射电望远镜构成的EHT所拍摄的M87 *黑洞及其阴影

所以,历代科学家们都将很大一部分精力用在了解恒星、行星,乃至宇宙起源相关的问题上。而黑洞又是所有大质量星系所共有的组成部分,包含我们的银河系也是如此。由于黑洞本身的特性,导致了整个星系中的物质形成都与其存在关联,而星系的演化就这样被超大质量黑洞隐形地推进着。

M87 *黑洞射流为什么能打破物理定律超光速运动?

咱们之所以如此关注M87 *黑洞,自然是因为许多星系中的黑洞都与其存在不少的相似之处。比方,经过对M87 *黑洞的观测,科学家们了解到超大质量黑洞在星系中的方位并不是固定不变的,而这样的移动现象被视为黑洞合并模型的重要标志。简而言之,咱们可以使用对其他国际存在体的研究,对咱们自己所在的国际有更多了解,包含已经成为历史的生命进程,以及未来可能会经历的演化阶段。

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