探索M87黑洞：超大质量黑洞的奥秘与宇宙喷流

你还记得去年人类拍摄的第一张黑洞照片吗？照片中的黑洞叫做M87，距离我们相当远！

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M87 也称为 Virgo A 或。它是一个位于室女座的超巨型椭圆星系，距离我们约5300万光年。 M87的跨度约为24万光年，比银河系稍大一些。它被令人难以置信的 12,000 个球状星团包围，而银河系只有 200 个。与其他椭圆形恒星一样，科学家认为 M87 通过合并而变得如此巨大。

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M87*（M87 星）是位于 M87 中心的超大质量黑洞 (SMBH)。它的质量是所有SMBH中最高的。它的质量约为太阳的65亿倍。 M87* 距离我们 5500 万光年，发射出的相对论性物质射流延伸到太空约 5000 光年。几年前，哈勃在可见光和红外光下拍摄了一张著名的喷气式飞机的合成图像。但现在一项发现让这个黑洞彻底出名了！

在新的研究中，科学家发现M87的黑洞正在喷出以99%光速行进的喷流。这是哈勃太空望远镜拍摄的从活跃星系 M87 喷射出的 5000 光长喷流的图像。蓝色的同步加速器辐射与来自宿主星系的黄色星光形成鲜明对比。图像周围散布的点不是单个恒星，而是球状星团。

多年来，天文学家一直在不同波长（无线电、光学和 X 射线）下观察 M87* 的物质喷流。现在，钱德拉的 X 射线观测首次表明，喷流的某些部分正在以超过 99% 的光速移动。

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1988 年 M87 的旧射电和光学照片。这些射电图像是用甚大阵列射电望远镜和甚长基线阵列拍摄的，可见光来自哈勃望远镜。马萨诸塞州剑桥市哈佛大学和史密森学会天体物理中心 (CfA) 的拉尔夫·克拉夫特 (Ralph Kraft) 在一份新闻稿中表示：“这是首次使用 X 射线数据记录黑洞喷流的如此极端速度。” 。

喷射流产生的原因是什么？

科学家认为，像 M87 这样的黑洞会吸引星系中心的物质。当物质接近时，它开始在称为吸积盘的结构中绕黑洞运行。但这种物质并不一定最终会被吸入黑洞。它的一小部分落入黑洞，而另一部分则被弹回太空。喷射的材料以射流或束的形式沿着磁场线传播。这些喷流并不光滑或毫无特色：它们呈现出钱德拉等天文台可见的团块或结节结构。

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天文学家对其中两个结特别感兴趣。多年来，他们一直在使用图像来追踪这些结的运动。它们距离超大黑洞分别约 900 光年和 2,500 光年。来自钱德拉天文台的 X 射线数据显示，这些结以令人难以置信的速度移动，其中最靠近中心的结以 6.3 倍光速移动，另一个结以 2.4 倍光速移动。但这是不可能的，我们知道目前已知的宇宙中没有任何东西的运动速度超过光速。然而，这是真的，所以这里肯定还有其他事情发生。

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光速不变，但光速也是最快的。这是一条牢不可破的物理定律。没有什么能比光速移动得更快。虽然宇宙并没有打破物理学，但我们已经发现了一种称为超光速运动的惊人现象的例子，这是目前科学家唯一感到惊讶的事情！

真相

超光速运动涉及物体的速度，以及它相对于我们视线的路径。当一个物体（在本例中是物质射流）以接近光速移动并靠近我们的视线时，它会产生一种称为超光速运动的错觉。这是因为材料射流本身的传播速度几乎与它产生的光一样快。由于 M87* 的喷气机几乎直接面向我们，因此它产生了这些显然不可能的速度。天文学家以前曾见过这些喷流以如此高的速度移动，但从未在 X 射线中看到过。这意味着他们从未确定这是一个以 99% 光速运动的物质本身。

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来自 M87* 的喷射流围绕磁场呈螺旋状移动。在X射线观测中，研究背后的团队发现，2012年至2017年间，观测速度高达光速的6.3倍，观测衰减超过70%。这种衰变仅发生在 X 射线中，而不是光学和紫外线波长中，并且可能是由于粒子在围绕磁场旋转时随着时间的推移失去能量而引起的。这种现象称为同步加速器冷却。这意味着天文学家在不同时间看到来自同一粒子的 X 射线，这意味着他们观察到的不可能是波，而一定是射流中的粒子本身。

因此，这与我们的速度有关，但毫无疑问，这项研究提供了迄今为止最有力的证据，证明 M87* 喷流中的粒子实际上正在以接近宇宙速度极限的速度行进。