還記得M87*嗎？那個被我們拍過照片的黑洞？最近，錢德拉X射線望遠鏡在這個黑洞的噴流中，首次拍到有物質正在以“超光速”向外運動。
M87*黑洞的噴流正在把速度推向極限。NASA / CXC / SAO
M87*的照片。視界望遠鏡合作組織
黑洞M87*位於星系M87中心。M87又名室女座A或NGC 4486，是一個位於室女座的超大型橢球星系。其直徑約為50萬光年，遠大於銀河系。在其周圍眾星拱月般地分佈著大約1.2萬個球狀星團。相比之下銀河系已知的球狀星團數量只有200個，少得可憐。
在這張哈勃太空望遠鏡拍攝的照片中，我們可以看到M87中心有一條長達5000光年的噴流。照片中的小點並非恆星，而是球狀星團。NASA
M87中心的超大質量黑洞M87*是已知宇宙中質量最大的超大質量黑洞之一，其質量大約相當於65億個太陽。這個距離地球大約5500萬光年的黑洞還擁有一條長約5000光年的相對論噴流。
端坐在星系中心的超大質量黑洞會把靠近的物質拉向自己。這些物質會圍繞黑洞旋轉，形成一個圓盤狀的結構。但是盤中的物質大部分不會被吃掉，有幸墜入黑洞的只是一小部分，其餘都被沿著黑洞的磁場線，以噴流的形式拋回了宇宙空間。
天文學家曾在不同的電磁波段上研究過M87*的這條噴流。而錢德拉X射線望遠鏡則是首次在X波段上拍到有物質正在向外運動。
噴流是一種物質實體，因此會存在許多物質團塊或結節。錢德拉X射線望遠鏡看到的，就是噴流中兩個物質結節。
這兩個結節和M87*黑洞的距離分別是900和2500光年。研究人員追蹤了它們多年。結果發現，前者的運動速度竟然達到了光速的6.3倍，後者的運動速度也達到了光速的2.4倍。
……
真正的超光速當然是不可能的。這是一種名叫“群超光速運動（superluminal motion）”的錯覺。當物體的運動方向幾乎與我們的視線相對，且其本身的速度接近光速時，在測量中就會發生這種現象。而M87*的噴流就幾乎正好指向我們。這兩個結節的實際運動速度達到了光速的99%。
天文學家早先在噴流身上發現過這種現象，但還是第一次在X射線波段上進行確認。因為之前的發現也有可能只是衝擊波，而非以近光速運動的物質。
M87*產生的噴流會沿著磁場作螺旋運動。在X射線觀測中，研究人員發現噴流物質在其測量速度達到最高值——也就是光速的6.3倍時所帶有的特徵，在2012至2017年期間消褪了70%。這種消褪僅發生在X射線波段上，在可見光和紫外波段上都沒有看到。這似乎表明消褪是因粒子沿磁場作螺旋運動逐漸失能而導致的。
這種現象被稱為“同步輻射冷卻（synchrotron cooling）”，它的出現表明，天文學家看到了同一組粒子在不同時間點上產生的X射線。這也意味著天文學家看到的不是波，而確實是噴流中的粒子。
錢德拉X射線望遠鏡拍到的場面，要比去年視界望遠鏡拍到的黑洞大大約1億倍。研究人員形容說，視界望遠鏡讓我們看到的是火箭發射器，而錢德拉太空望遠鏡向我們展示了飛行中的火箭。
“群超光速運動（superluminal motion）”現象發生在當物體朝向我們而來，而其本身的運動速度又接近光速的情況下。Wikipedia
參考：
Detection of Superluminal Motion in the X-Ray Jet of M87
https://arxiv.org/abs/1905.04330
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