人马座A :银河系银心的无线电波源

更新时间:2024-09-21 16:44

人马座A(简写为Sgr A,英文:Sagittarius A)位于银河系银心,是一个复杂而强烈的无线电波源。在可见光观测下,人马座A被位于旋臂中的大量宇宙尘埃遮蔽,无法直接被观测到。然而,人马座A*(超大质量黑洞)位于人马座A的中央,是一个非常明亮且紧凑的无线电波源。

人马座A由超新星遗迹的人马座A东星、呈螺旋状结构的人马座A西星以及位于中心位置的人马座A*组成。这三个部分是重叠的,其中人马座A东星最大,人马座A西星位于东星内偏离中心,而人马座A*位于靠近西星中心的位置。人马座A的形状看起来颇像一幅文氏图

2022年5月12日,事件视界望远镜(EHT)组织正式发布了人马座A*的首张照片。通过EHT的合作组织,人马座A*成为研究黑洞物理的最佳目标。

结构组成

人马座A东星

人马座A东星约25光年宽,有超新星遗迹的性质,该超新星爆炸事件发生于距今约35000—100000年前。但若要造成如此巨大的结构,超新星的爆炸能量就需要比一般超新星的爆炸能量高出50—100倍。推测人马座A东星是一片因接近黑洞中心而在黑洞重力压缩下爆炸的超新星遗迹。

人马座A西星

人马座A西星的外观像一个三臂的尾旋结构,故又名“微形螺旋结构”。不过这个名称及外观都是误导的,因为人马座A西星的三臂并非是真正的螺旋结构。它是由几片宇宙尘埃及气体云所组成,围绕及以1000km/s的速度冲向人马座A*。这些云气的表面层都被电离。电离的来源是广布的大质量恒星 (目前已经确认出超过100颗的OB星) ,它们分布在距离中心数秒差距的范围内。

人马座A西星被一个巨大的拱星盘所包围。拱星盘是由厚环面的分子气体组成。人马座A西星的北臂原身是在此拱星盘内,但可能因一些变化而堕下。这些变化可能是因人马座A东星的超新星爆炸所造成。北臂非常光亮,由南方伸向北方,甚至延向东方。北臂可以观测为微弱的展源。

西弧可以看为是拱星盘电离的内层。东臂及棒是另外两个像北臂的巨大云,但绕行轨迹不同。估计它们各有20倍太阳质量。

在这些大型结构之上,也有一些较细小的云及洞。当中最为明显的是小洞,估计是一颗巨大星体的恒星风在北臂中吹起的泡沫。

人马座A*

人马座A*位于银心,被认为是一个超大质量黑洞。围绕人马座A*的星体的轨道速度比银河系内其他星体的速度都要高。其中一颗被称为S2的星体,就是以秒速约5000公里围绕人马座A*。

2014年,长期以来被天文学家们视为气体云的神秘天体G2穿过了人马座A*,在其间,并未像科学家先前所预测的那样消失于事件视界以外,相反,它最终解体了,这表明G2与先前的气体云状天体G1可能是恒星残骸,且具有强大的引力场,而不是气体云。

超重黑洞

2008年12月,天文学家们通过观测的数据确认了银河系中央的人马座A*的质量与太阳质量的倍数关系。研究发现,有一星体S2绕人马座A*做椭圆运动,其轨道半长轴为9.50 102天文单位(地球公转轨道的半径为一个天文单位),人马座A*就处在该椭圆的一个焦点上。观测得到S2星的运行周期为15.2年。

在这场聚焦中,银心的神秘天体人马座A*,也从距离地球2.6万光年的宇宙之外落入凡间公众的视野。据说,它就是一个黑洞。据美国科学日报报道,如果人们能够看到射电波,人马座A星系将是天空中最大、最明亮的星体,其亮度是满月的20倍。日前,美国航空航天局费尔米γ射线太空望远镜最新观测结果显示,人马座A星系依偎在一对巨大射电瓣状气体烟雾区中,每个羽状烟雾区长度近100光年,这些气体是由星系中超大质量黑洞所喷射的。人马座A星系依偎在一对巨大射电瓣状气体烟雾区中 美国海军研究实验室“费尔米”研究小组成员特迪-切昂格(Teddy Cheung)说:“目前我们在伽马射线范围内观测到之前未曾看到的景像,我们不仅看到了延伸的羽状射电瓣状结构,并且发现该区域伽马射线输出量是其射电输出量的10倍之多。我们可以将它称为‘γ射线星系’。”

人马座A星系距离地球2.6万光年,它是迄今探测到的首个具有宇宙射电来源的星系。法国太空放射线研究中心的朱尔根-克诺德尔塞迪(Jurgen Knodlseder)说:“射电星系应当是存在着巨大的双瓣射电气体喷射结构围绕在椭圆星系,而人马座A星系就是一个典型的教科书实例!”

天文学家将人马座A星系分类为“活跃星系”,这一名称应用于任何星系中心位置喷射出不同波长范围的强喷射物质。

黑洞释放的这些磁性物质流以接近光速飞行,经过数千万年的形成过程,磁场和能量粒子逐渐填充形成两个瓣状喷射流结构。当光速电子螺旋式穿过瓣状结构的复杂磁场时,也逐渐形成射电波。

观测历史

人马座A*最早在1974年2月被发现。对其观测主要依靠光变观测。

马克斯布朗克外星物理研究所(Max Planck Institute for Extraterrestrial 物理学)由Rainer Schödel所带领的国际研究队观测了接近人马座A*的星体S2达十年,于2002年10月16日公布人马座A*为一大质量致密体的证据。最初从S2约翰尼斯·开普勒轨道计算,人马座A*的质量为260 ± 20万太阳质量,半径为120天文单位。其后的观测估计人马座A*的质量应为410万太阳质量,体积半径少于45天文单位。

2004年11月,天文学家发现可能是中介质量黑洞的GCIRS 13E,其轨道距人马座A*约3光年。GCIRS 13E的质量为1300太阳质量,属于有7个恒星星团。这次观测支持了超大质量黑洞会吸收周边较细小黑洞及星体来增长的说法。

经过观测人马座A*约16年,相信其质量为431万 ± 38万太阳质量。研究人员莱因哈德·根舍(Reinhard Genzel)认为已有初步证据证明超重黑洞的存在。

2022年5月,首张银心黑洞(人马座A*)照片公布。

2024年3月27日 事件视界望远镜(EHT)合作组织 发布一张新的黑洞照片。

参考资料

又来一只“甜甜圈”!离我们更近的银河系中心黑洞原来长这样!.百家号.2024-08-14

给5500万光年外的黑洞拍照片分几步?他们还计划给黑洞拍“电影”.上观新闻.2024-08-14

首张银河系中心黑洞照片公布,还是一个甜甜圈.澎湃新闻.2022-05-13

上新!又一张黑洞照片亮相!.央视一套.2024-08-14

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