有什么东西正“超光速”逃离去年被我们拍过照片的那个黑洞

M87*黑洞的喷流正在把速度推向极限。

M87*黑洞的喷流正在把宇宙速度推向极限。NASA / CXC / SAO

还记得M87*吗？那个被我们拍过照片的黑洞？最近，钱德拉X射线望远镜在这个黑洞的喷流中，首次拍到有物质正在以“超光速”向外运动。

M87*的照片。视界望远镜合作组织

黑洞M87*位于星系M87中心。M87又名室女座A或NGC 4486，是一个位于室女座的超大型椭球星系。其直径约为24万光年，稍大于银河系。但在其周围却众星拱月般地分布着大约1.2万个球状星团。相比之下银河系已知的球状星团数量只有200个，少得可怜。

在这张哈勃太空望远镜拍摄的照片中，我们可以看到M87中心有一条长达5000光年的喷流。照片中的小点并非恒星，而是球状星团。NASA

M87中心的超大质量黑洞M87*是已知宇宙中质量最大的超大质量黑洞之一，其质量大约相当于65亿个太阳。这个距离地球大约5500万光年的黑洞还拥有一条长约5000光年的相对论喷流。

端坐在星系中心的超大质量黑洞会把靠近的物质拉向自己。这些物质会围绕黑洞旋转，形成一个圆盘状的结构。但是盘中的物质大部分不会被吃掉，有幸坠入黑洞的只是一小部分，其余都被沿着黑洞的磁场线，以喷流的形式抛回了宇宙空间。

天文学家曾在不同的电磁波段上研究过M87*的这条喷流。而钱德拉X射线望远镜则是首次在X波段上拍到有物质正在向外运动。

喷流是一种物质实体，因此会存在许多物质团块或结节。钱德拉X射线望远镜看到的，就是喷流中两个物质结节。

这两个结节和M87*黑洞的距离分别是900和2500光年。研究人员追踪了它们多年。结果发现，前者的运动速度竟然达到了光速的6.3倍，后者的运动速度也达到了光速的2.4倍。

……

真正的超光速当然是不可能的。这是一种名叫“群超光速运动（superluminal motion）”的错觉。当物体的运动方向几乎与我们的视线相对，且其本身的速度接近光速时，在测量中就会发生这种现象。而M87*的喷流就几乎正好指向我们。这两个结节的实际运动速度达到了光速的99%。

天文学家早先在喷流身上发现过这种现象，但还是第一次在X射线波段上进行确认。因为之前的发现也有可能只是冲击波，而非以近光速运动的物质。

M87*产生的喷流会沿着磁场作螺旋运动。在X射线观测中，研究人员发现喷流物质在其测量速度达到最高值——也就是光速的6.3倍时所带有的特征，在2012至2017年期间消褪了70%。这种消褪仅发生在X射线波段上，在可见光和紫外波段上都没有看到。这似乎表明消褪是因粒子沿磁场作螺旋运动逐渐失能而导致的。

这种现象被称为“同步辐射冷却（synchrotron cooling）”，它的出现表明，天文学家看到了同一组粒子在不同时间点上产生的X射线。这也意味着天文学家看到的不是波，而确实是喷流中的粒子。

钱德拉X射线望远镜拍到的场面，要比去年视界望远镜拍到的黑洞大大约1亿倍。研究人员形容说，视界望远镜让我们看到的是火箭发射器，而钱德拉太空望远镜向我们展示了飞行中的火箭。

“群超光速运动（superluminal motion）”现象发生在当物体朝向我们而来，而其本身的运动速度又接近光速的情况下。Wikipedia

Detection of Superluminal Motion in the X-Ray Jet of M87