什么是黑洞（黑洞是什么样？）
黑洞是什么(黑洞是什么样的？)
2019年，天文学家震惊世界。他们发布了一张史诗般的图片，其中可以看到物质在M87星系核心的超大质量黑洞周围旋转，距离地球5500万光年。天文学家将地球周围的射电望远镜连接起来，创建了“视界”望远镜，这是一个模拟地球直径的虚拟望远镜，实现了这一惊人的观测。
更多的观测还表明，即使环本身的形状和大小相当稳定，黑洞周围物质的亮度仍然会发生变化。所有这些都有助于天文学家理解物质最后一次跃入黑洞之前发生了什么。
M87星系有一股强大的物质喷流从其中央黑洞喷发出来。喷流由即将落入黑洞的物质产生的巨大磁场提供动力。来源:美国航天局、欧空局和哈勃遗产小组(STSCI/AURA)；鸣谢:P. Cote(兹伯格天体物理研究所)和E. Baltz(斯坦福大学)
物质漩涡发出的光可以被无线电波观测到，这远远超出了我们眼睛能看到的范围。这种类型的光不是由物质的热量产生的——尽管物质非常热——而是因为物质中嵌入了强大而复杂的磁场。虽然这张图像令人震惊，但它并没有告诉我们太多关于磁场的信息，磁场是驱动黑洞周围大量机械活动的力量。
但是今天，已经发表了三篇相关论文。利用事件视界望远镜的数据，天文学家可以从物质中提取偏振光，这是研究磁场的关键。
M87星系中心超大质量黑洞周围物质的实际图像显示了喷射物质的偏振光方向。这是由物质的磁场造成的，磁场有助于大多数物质的喷射。资料来源:EHT
光可以被认为是一系列带走物体能量的波。通常这些波的方向是随机的；如果你认为它是一根吉他弦，你可以拨它，它会上下，左右，或任何方向振动。
但有些现象发出的波是整齐的——就像弹吉他时，弦是水平振动的。以这种方式排列的光波称为偏振光。你可能已经知道这个概念:金属或玻璃反射的光可以是偏振光。偏光太阳镜有滤光片，滤光片里的分子都是一个方向排列的，这样当水平面反射的偏振光穿过太阳镜时，就会被阻挡。只有与分子对齐的偏振光才能通过。
等离子体(一种从原子中剥离出一个或多个电子的气体)中的磁场也会导致偏振光的发射。电子以接近光速的速度围绕磁力线旋转。当它们旋转时，会发出被称为同步加速器辐射的光。这种光是自旋方向偏振的，偏振的强度可以用来测量多种关于等离子体和磁场的现象。
黑洞周围的物质形成了一个圆盘，我们可以把它想象成黑洞周围的一个光环(黑洞远侧的圆盘可见，因为黑洞强大的引力使它向上弯曲并向我们转圈)。光晕发出的偏振光与光晕本身平行，这说明磁场从黑洞到边缘包围着光晕(这个磁场叫极场，我觉得很有意思)。
测量这种极化表明黑洞附近的磁场相当强。事实上，磁场有助于将物质保持在圆盘的内边缘，并暂时减缓一些物质落入黑洞。他们测量了物质落入黑洞的速率，大约是每年0.0003-0.002个太阳质量。这听起来可能不多，但事实上，这意味着在这个范围的上限，黑洞每年多消耗两个木星的物质。
或者，你更喜欢这样的描述:一个黑洞一天吞掉相当于地球两次的物质。
(突然惊慌失措，尖叫着转圈)
这太神奇了。他们还发现，磁场的强度约为1-30高斯，约为地球磁场的2-60倍。听起来可能不多，但范围很广，至少有几千亿公里。磁场的力量也很大。
仙女座A是一个相对较新的活跃星系的例子，它的中心有一个黑洞，它吞噬物质并喷射出大量的辐射和物质。资料来源:美国航天局、欧空局、S. Baum和C. O ‘DEA (RIT)、R. Perley和w . Cotton(NRAO/AUI/国家科学基金会)以及哈勃遗产小组(STSCI/AURA)
事实上，像这样的黑洞可以发出远离银盘的物质和能量光束。天文学家称之为喷流。这些喷流非常强大，可以延伸几十万光年，远远大于整个星系。这种喷射的能量简直令人震惊；仅仅是喷射物质的动能(它的运动能量和加速它所需的能量)就可以是太阳发出的能量的几十亿倍！
我们知道这些都是磁现象，是吸积盘内部磁场扭曲成类似龙卷风的漩涡造成的，但我们不知道这是怎么发生的。通过测量黑洞附近磁场的特征，天文学家将对这些奇怪而可怕的强大特征有深入的了解。M87有这样一个喷流(由于相对论效应，我们只能看到一个一般朝向我们的喷流)，在新的研究中也对其进行了分析。
M87超大质量黑洞放大图(自上而下):哈勃图像呈现全球景观；ALMA天文台的观测表明，整个喷流中存在偏振光；VLBA展示了内部喷流中的偏振光，而事件视界望远镜观测的是黑洞吸积盘中的偏振光。资料来源:EHT合作组织；阿尔玛(ESO/NAOJ/NRAO)、戈迪等人；美国航天局、欧空局和哈勃遗产小组(STScI/AURA)；VLBA (NRAO)、克拉夫琴科等人；马蒂·比达尔·阿尔加巴
测量光的偏振是一个极其困难和艰巨的过程，这就是为什么这些观测结果现在才发表；分析这些数据比制作我们两年前看到的图像需要更长的时间。但是这些数据中包含的信息是值得努力和等待的。
对我来说，这个特殊黑洞的实际数据和机制虽然很酷，但还不是最有价值的。真正有价值的是，我们知道我们可以做到这一点。这是一项非常困难和开创性的工作，但它是可以做到的。有更多的黑洞可以通过这种方式进行研究，包括人马座A，它是银河系中心的一个拥有400万太阳质量的庞然大物。我们可能需要更大更强大的射电望远镜，也可能需要更强大的计算机处理能力。但现有的观察表明，这是一个技术问题，一个可以解决的工程问题，而不是物理问题。
我们可以窥视数百万光年外的物质，筛选特定种类的光，并利用这些信息更好地理解一个质量是太阳65亿倍的黑洞对现实空之间结构的影响。我觉得值得了解。
