什么？强磁场能扭曲光线？M87*黑洞告诉你答案！

科学的目标总在不断变化。没有绝对完美的成就——任何新的发现都可能会帮助我们打开寻求理解宇宙一系列其他发现的大门。超级大质量黑洞M87*的发现也不例外。这是人类能捕捉到黑洞阴影直接图像的首个目标——数百名科学家多年的努力才最终得到这一令人震惊的成果。

图解：M87*直接图像的偏振直观效果图。（事件视界望远镜合作组）图源：sciencealert

现如今，科学家们在事件视界望远镜的协作下细致地分析了5500万光年外流动的金色光环，并发现强偏振的现象：黑洞周围产生的强大磁场使得光波流动方向被扭曲了。

图解：事件视界望远镜合作组的部分望远镜位置，以及它们之间的长基线。（欧洲南方天文台/L. Calçada）图源：sciencealert

“这项工作是一个重要的里程碑：偏振光所携带的信息将有助于我们更好地理解在2019年4月发布的那张黑洞图像背后的物理原理，这在过去是不可能的，”西班牙瓦伦西亚大学的天文学家伊凡·马蒂·维尔达说，“在获取和分析处理数据时涉及到很复杂的技术，为此科学家们花费了数年的功夫来制作这张偏振光图像。”

偏振是电磁辐射里被广为熟知的一种现象。光子在穿越空间时总会沿着某个固定方向震动。当光子被星际介质里的尘埃散射，或是受电磁场影响而翻转时，其震动方向会改变，我们称之为偏振。

图解：太阳镜背后的偏振原理。图源：etradesupply

这是一个可从技术上加以利用的特性。你应该听说过的偏振光屏幕保护膜和太阳镜。而一旦从宇宙星体观测到该特性，它便能帮助我们进一步了解太空环境。就M87*而言，我们了解到气体环中磁场的形状和结构，并且该磁场在黑洞事件视界之外围绕着旋转。该研究小组发现，从M87*图像看到的偏振光现象只可能由强磁场来解释。

“观测表明，处在黑洞边缘的磁场强到足够拉住热气体，并帮助它抵抗引力的束缚，”科罗拉多大学博尔德分校的天文学家詹森·德克斯特说，“只有滑过磁场的气体才能旋转进入事件视界。”

这或可成为理解“相对论黑洞喷流”这一长期令人困惑现象的关键。

图解：M87*的艺术想象图，展示了相对论喷流和附近环绕的过热物质。（欧洲南方天文台/M. Cornmesser）图源：sciencealert

只要超过了临界临近阈值，目前我们所能观测到的任何物质都无法逃离黑洞，但也并不是吸积盘内的所有物质都会不可避免地旋流进活跃黑洞并最终消失在事件视界之外。也有很小的一部分会以某种方式进入吸积盘内部的喷射口，它们会被以等离子态并以相当接近光速的极高速度从黑洞的两个极点喷射到太空中。

天文学家们认为黑洞的磁场在喷射过程中发挥了巨大作用。据理论预计，磁场的磁感线就像同步加速器那样把物质加速到极高的速度。

图解：甚大望远镜得到的椭圆星系M87图像，展示了朝向图片右侧的黑洞喷流。（欧洲南方天文台）图源：sciencealert

我们知道M87*的相对论喷流速度可达到光速的99%。我们从M87*照片中看到的金色光环正是吸积盘的内边界，这个独一无二的窗口让科学家们得以窥见此喷射过程。

“通过持续不断地观测获得的关键证据帮助我们理解黑洞周围磁场行为和能驱动紧凑区域内喷流远远抛射到银河系外的磁场活跃度。”荷兰拉德布德大学的天文学家莫妮卡·莫西西布罗兹卡说道。

图解：哈勃望远镜在紫外线下拍摄到的M87中心图像，展示了庞大的椭圆星系M87中心喷射气体的亮度。（美国国家航空航天局，欧洲空间局/J. Madrid）图源：phys

研究者说，已观测到的磁场结构既能够产生M87*的环状特征，也能产生能喷射到宇宙中的强大的相对论喷流。部分好的证据暂时都能适合相对论喷流形成的磁场同步加速器模型。研究小组介绍，未来的分析将会集中于靠近M87*的事件视界的喷流发射区域附近的磁场。