科学|M87星系中心那个著名的黑洞正喷射出大量物质 |黑洞|

M87*是M87星系中心的超大质量黑洞，它以近乎光线的速度发射物质喷气流。黑洞吸引物质，其中一些物质被喷射返回到宇宙空间。这些被喷射的物质以喷射流或光束的形式沿着磁场线运动，由此产生喷射流。 X射线数据显示有两结喷射流分别拥有6.3和2.4倍于光线的速度，而超光速运动可以解释这一“违背物理规律”的速度。
早在很久以前，这个黑洞就被命名为M87* 。天文学家们已经观察它很长时间了。去年，事件视界望远镜拍摄到了M87*的图像，也就是史上第一张黑洞图像。正是这张照片让M87*家喻户晓。

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M87星座（也叫处女座 A 或 NGC 4486）是处女座中的一个超大型椭圆星系，离我们大约5300万光年。 M87长轴长约24万光年，略微大于银河系的直径· 。
M87星座拥有多达12 ， 000个球状星团。相比之下，银河系仅有差不多200个星团。科学家认为M87与其他椭圆星系一样，都是通过合并来获得如此之多的球状星团。
M87* （M87 星）是位于 M87 星系中心的超大质量黑洞（SMBH），质量比任意已知的黑洞都大。它的质量是太阳的65亿倍。M87*距地5500万光年之外，而它的喷射物延伸出足足5000光年。

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几年前，哈勃望远镜记录拍摄到了这些喷射物质在可见光和红外波段下的合成图像。这张相片可以说在天文界无人不知。

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多年来，天文学家一直在观察M87*喷射物在不同波长下的图像：长波、可见光波长和X射线。然而，钱德拉X射线仪观测首次发现，部分喷射物的移动速度似乎远远超过光速的99% 。
在一次新闻发布会上，剑桥的哈佛和史密森尼（Cfa）天体物理学中心的拉尔夫·卡夫说："这可以说是X射线数据记录仪使用以来首次测出如此极端的速度。我们需要调整钱德拉X射线测量仪再次进行确认。
卡夫在夏威夷火奴鲁鲁举行的美国天文学会会议上介绍了这些新成果。研究结果也发表在《天体物理学杂志》上一篇题为"M87X射线喷射中视超光速运动的检测"的论文中。
这些喷射物是怎么产生的？
像M87*这样的星系中心黑洞会不停的将物质拉向自己。随着距离的缩短（由于角动量守恒定律），这些物质开始围绕着黑洞高速旋转，从而形成了吸积盘。这种物质是很少会被黑洞吞噬的。
只有少量的物质会落入黑洞，而另一些则被射向太空。这些物质沿着磁场线，以射流和光的形式被喷射向太空。这些喷射物不是均匀平滑的：它们具有像钱德拉这样的观测仪可以分辨的物质团。
天文学家们对其中两个非常感兴趣。多年来，他们用图像来追踪这些物质团的运动。它们分别距离中心黑洞900光年和2500光年。
钱德拉天文台的X射线数据显示，这些物质团以令人难以置信的速度移动：靠近黑洞中心的那个物质团移动速度达到了6.3倍光速，另一个物质团的速度是光速的2.4倍。
等等，没有物质的移动速度能够超过光速！
超光速运动？那是不可能的。没有什么比光运动得更快了。这当然是真理。所以一定可以解释这个观测结果的原因。
这个现象现在被称为"视超光速运动" 。
"物理学界公认的定律之一便是，没有什么能比光运动的更快， "来自CfA的论文合作作者布拉德·斯尼奥斯说道， "我们并没有推翻物理学的基础，而是发现了一个叫做视超光速运动的神奇物理现象。 “
造成视超光速运动现象需要两个关键因素：物质的运动速度和它的运动轨迹与我们观察方向形成的夹角。当一个物体，比如说像这种黑洞的喷射物，以接近光速的速度几乎朝着我们运动，我们就会有一种，这个物体的运动速度超过了光速的错觉。这就是视超光速运动。分页标题
正是因为M87黑洞的喷射物本身的速度几乎和光一样快，而且它的喷射方向几乎正对着我们，所以这些物质看起来有着不可思议的速度。

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天文学家以前确实观察到类似的视超光速运动的物质，但在X射线波段还是第一次。这意味着他们暂时没法确定到底是物质本身以99%的光速移动，还是喷流产生的冲击波。
M87* 黑洞的射流沿着自身的磁场方向呈螺旋状发散，这似乎可以告诉我们问题的答案。在X射线的观测中，研究团队发现，视速度达到光速6.3倍的团块在2012年至2017年之间X射线强度下降了超过70% 。
但这种能量损失只发生在X射线波段，在可见光和紫外波段没有明显现象，这很可能是由于粒子在沿着磁场运动的过程中不断逸散能量所致。

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这种现象被称为同步辐射耗散。这意味着天文学家观测到的不同时间的X射线数据是来自同一群粒子的，也就是说，他们所观测的不可能波，而是实际存在的粒子。
"我们的工作提供了迄今为止最有力的证据，证明M87*的喷射物实际上是正以接近宇宙速度极限的速度飞行的大量粒子。 "斯尼奥斯说。
钱德拉、EHT （事件视界望远镜）和 M87*
钱德拉X射线观测仪的数据和事件视界望远镜在研究M87*方面可以说是相辅相成。当 EHT花了六天时间拍摄黑洞的事件穹界的时候，钱德拉观测仪正研究数百年前从M87*中喷出的物质。

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同时EHT图像比钱德拉的成像小1亿倍。
"这就像事件视界望远镜正在提供火箭发射台的特写视图， "CfA的另一位共同作者保罗·努尔森说， "而钱德拉观测仪正在向我们展示飞行中的火箭。 ”
作者: sciencealert
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