Forskare har skapat den första spektralkartan över ett svart håls händelsehorisont

Forskare har gått vidare från att fotografera ett svart hål till att diagnostisera dess fysiska egenskaper genom att producera den första rumsligt upplösta spektralindexkartan över det supermassiva svarta hålet M87* i skala med dess händelsehorisont. Studien, som publicerades på måndagen i The Astrophysical Journal Letters, erbjuder ett nytt fönster in i hur plasma beter sig i en av de mest extrema miljöerna i universum.eurekalert+2

En spektral hälsokontroll för ett svart hål

Teamet, lett av forskare vid Shanghai Astronomical Observatory (SHAO) vid den kinesiska vetenskapsakademin, kombinerade bilder tagna 2018 av Event Horizon Telescope och Global Millimeter Very Long Baseline Interferometry Array vid två radiovåglängder: 1,3 millimeter och 3,5 millimeter. Genom att kartlägga hur strålningens ljusstyrka förändras över frekvenser vid varje punkt runt det svarta hålet skapade forskarna vad de beskrev som en högprecisionsspektral hälsokontroll av M87*.english.cas+2

Resultaten avslöjar att strålningsegenskaperna förändras systematiskt med avståndet från det svarta hålet. Nära händelsehorisonten är spektralindexet positivt, vilket indikerar att synkrotron-självabsorption fortfarande dominerar emissionen. Längre ut blir indexet negativt, vilket markerar en övergång till optiskt tunn strålning. Den övergången sker på ungefär 30 mikrobågsekunder från centrum: ett avstånd som matchar den ringliknande strukturen som syns i 3,5-millimetersbilden.eurekalert+1

Ringstruktur kopplad till plasmafysik

Resultatet tyder på att den ikoniska ringen i bilder av svarta hål inte bara är ett geometriskt särdrag utan reflekterar en verklig förändring i det fysiska tillståndet hos det omgivande plasmat. Genom att erhålla den första rumsligt upplösta spektralindexfördelningen av M87-hålet kan vi kvantitativt karakterisera hur strålningsegenskaperna förändras över regionen som omger det svarta hålet, säger dr Zhao Shanshan, biträdande forskare vid SHAO och studiens huvudförfattare. Detta tillåter oss att direkt utforska hur plasmaegenskaperna varierar på horisontskalor och ger nya ledtrådar för att förstå ackretionsflöden och jetbildning.english.cas+1

Framåtblickande

Dr Lu Rusen, studiens korresponderande författare, sa att framtida flerfrekvent avbildning på horisontskala kommer att hjälpa till att separera effekterna av plasmafysik från gravitationssignaturer i bilder av svarta hål, vilket möjliggör mer precisa studier av ackretion, jetbildning och gravitationsfält. Forskarna noterade att fortsatta framsteg inom millimeter-VLBI snart kan möjliggöra tidsupplösta observationer, vilket flyttar studier av svarta hål från statisk avbildning mot dynamisk fysisk diagnostik.news.cgtn+2