看,黑洞附近的“旋轉(zhuǎn)煙花”在跳舞
【科普小博士】
光明日?qǐng)?bào)記者 鄒曉菁
神秘的黑洞一直為科學(xué)研究者所著迷。近日,黑洞研究又獲新進(jìn)展:黑洞事件視界望遠(yuǎn)鏡可以觀測(cè)“旋轉(zhuǎn)煙花”是不是在跳舞,進(jìn)而搜尋一種叫軸子的極輕新粒子。
2019年,人類捕獲的首張黑洞照片令世人驚嘆,來(lái)自5500光年外的黑洞宛如一個(gè)橙色“甜甜圈”。去年3月,事件視界望遠(yuǎn)鏡合作組織又發(fā)布了這個(gè)“甜甜圈”在偏振光下的影像,黑洞結(jié)構(gòu)顯示得更為細(xì)膩了——它周圍如同一輪逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的煙花?!拔覀兊难芯匡@示,黑洞附近的‘旋轉(zhuǎn)煙花’可能在跳舞。我們第一次提出并實(shí)施了觀測(cè)黑洞周圍‘旋轉(zhuǎn)煙花’在跳舞的可能性。”中國(guó)科學(xué)院理論物理研究所研究員舒菁說(shuō)。舒菁團(tuán)隊(duì)與合作者共同完成的這項(xiàng)研究發(fā)表在3月出版的《自然·天文》雜志上。
“旋轉(zhuǎn)煙花”是如何跳舞的?舒菁從最初的“甜甜圈”照片講起。“照片中發(fā)亮的‘甜甜圈’部分是黑洞附近環(huán)繞著的吸積盤(pán)發(fā)出的紅外光。強(qiáng)磁場(chǎng)作用下,這些輻射出來(lái)的光會(huì)沿著特定方向震蕩,也就是偏振?!笔孑冀榻B,在更清晰的影像中,“甜甜圈”邊上綻放出“旋轉(zhuǎn)煙花”,這些煙花的紋理即代表了光的偏振方向。
“我們平時(shí)在強(qiáng)陽(yáng)光下,需要戴偏光太陽(yáng)鏡,這樣才能看得更清楚。研究人員要觀測(cè)黑洞周圍的‘旋轉(zhuǎn)煙花’,望遠(yuǎn)鏡上也必須有類似偏光太陽(yáng)鏡的設(shè)備,這可以保障只有特定垂直方向震蕩的光波被探測(cè)到?!笔孑夹蜗蟮亟忉尩溃谥暗难芯恐?,研究人員發(fā)現(xiàn)“旋轉(zhuǎn)煙花”中可能有一種稱為軸子的新粒子。“如果軸子是傳說(shuō)中的新粒子的話,那么軸子云的存在會(huì)不停地旋轉(zhuǎn)吸積盤(pán)中發(fā)出的偏振光的方向。就好像我們用偏光太陽(yáng)鏡看到,黑洞附近的‘旋轉(zhuǎn)煙花’在不斷地跳舞?!笔孑歼M(jìn)一步解釋,“這種舞蹈是滿足特定規(guī)律的,在時(shí)間上以一個(gè)固定的周期旋轉(zhuǎn),在空間上繞著‘甜甜圈’的方向有一個(gè)特殊舞步。因此,我們可以通過(guò)比較黑洞附近偏振的分布及其隨時(shí)間的演化來(lái)確認(rèn)是否存在軸子引起的偏振角的跳舞?!?/p>
此前,事件視界望遠(yuǎn)鏡合作組織并未觀測(cè)到“煙花跳舞”這樣一個(gè)奇異行為,舒菁說(shuō):“但是得益于黑洞附近軸子云可能存在的極高密度,我們?cè)谶@次研究中得到軸子這種假想粒子和光子之間相互作用的最強(qiáng)限制,從而將人類對(duì)軸子和可見(jiàn)物質(zhì)之間的關(guān)系推進(jìn)了好幾個(gè)數(shù)量級(jí)。”
“也就是說(shuō),當(dāng)人類戴上特殊的偏光太陽(yáng)鏡,很有可能看到‘旋轉(zhuǎn)煙花’在跳舞。未來(lái)的研究中,我們還將進(jìn)一步優(yōu)化分析方法,探索更輕微的煙花跳舞現(xiàn)象,從而在更深層次理解可能存在的軸子新粒子?!笔孑颊雇?。
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