科学家用新方法探测黑洞更大区域_2025品牌代言解读最新消息 天文学家捕获了首张黑洞图像
轴子引发偏振角“跳舞”（犹他大学物理系供图）
（神秘的地球uux.cn报导）据中国科学报：2019年，天文学家捕获了首张黑洞图像，为全球震撼。这是由黑洞事情视界望远镜兴办组（EHT）观测到的巨型星系Messier 87（M87）中的黑洞阴影图像，为天文学和引力带来了丰富的信息。“我们还能从这些美丽025品牌代言解读图像中知晓到什么？”这是中国科学院理论物理探究所探究员舒菁一直在思索的难题。
近期，舒菁团队联合境内外探究团队，运用偏振图像的转变，对一种被称为轴子的新粒子和可见光子之间的耦合给出了一个新的约束，到达过去未曾探索过的区域。该探究发表在新近一期的《自然—天文》杂志。
用“最重”黑洞探寻“最轻”粒子
2019年，揭秘系统更新速递结合地球各地望远镜的观测结局，EHT兴办组织公开了一张分辨率极高的超大品质黑洞M87的图像。
闪亮的“甜甜圈”状结构来自于黑洞周围吸积流的辐射——黑洞吞噬了中心区域的光线，在“甜甜圈”内形成了一个大阴影。两年后，EHT兴办组织升级了同一张图像，在原有基础上带来了更精细的结构——强调线偏振方向（EVPA）的纹理线，黑洞在线偏振光下的作用犹如“裱花”图样，被称为“甜甜圈”的“裱花”版。
这些察觉和图像给出了黑洞的最直接证据，并揭示了M87外的磁场。更重大的刚刚本周粉丝互动，深夜读到泪目科学价值在于，黑洞的察觉，为众多的天体物理和基础物理难题提供了全新的探究手段。
比如黑洞的直接成像将可以用作极轻粒子的“探针”。
1969年，著名数学家和物理学家罗杰·彭罗斯做过的一个思想评测，他提出，即假设有人将一块石头扔进一个高效旋转的黑洞，石头有一定的机遇以比之前更大的速度逃逸，而它所携带的额外能量来自黑洞的旋转。
论文通讯作者舒菁告诉《中国科学报》，当考虑量子力学中的波粒二象性（粒子或量子另外具有粒子性和波动性）后，我们可以用旋转黑洞外的节能减排盘点波代替石头。
“波可以经由从黑洞中提取角动量来形成密集的云，这一过程被称为超辐射机制。以便使这一过程发生，请求玻色子的康普顿波长与黑洞的视界大小相当。所以，超大品质黑洞成了极轻粒子的天然探测器！”舒菁说。
轴子驱动“跳舞”
“我们对极轻粒子可以在黑洞外聚集的想法很着迷。我们意识到，假如极轻的轴子存在，并且和与可见光之间存在相互作用，它们会让裱花的‘甜甜圈’跳舞！”舒菁说。
在2020年，舒菁团队与兴办者在《物理留言快报》发文，强调EHT的偏振资料有望探索超轻品质轴子暗物质的存在，从而对粒子物理领域也有着深刻的作用力，该探究中也提出了轴子让裱花的“甜甜圈”跳舞的理论计划。
事实上，在超越粒子物理学规范模型预言的各类极轻粒子中，轴子是最重大的候选者之一。寻找轴子是粒子物理学的首要任务之一，在许多基础理论如弦理论中被广泛预言存在。轴子也是一个完美的冷暗物质“候选者”，由于在极轻品质窗口，星系的一些小尺度难题有或许被轴子在星系中心形成平坦的分布所解决。
超大品质黑洞是探索黑洞附近轴子的一把“利器”。当最重天体与或许为最轻带品质轴子结合时，会发生奇妙的现象。即轻品质的轴子在黑洞附近会形成一片云，和黑洞组成引力原子操控系统。附着在黑洞视界周围的轴子云，在不断抽取黑洞自转能的过程中，将达到相当高的密度，远超过在太阳系附近的暗物质气体。
“除了纯粹的引力效应，轴子的存在也能使线偏振的方向形成额外的周期性旋转，周期在5到20天之间。偏振角的转变表现为沿着明亮的光环方向研究的波，这时，裱花图案的舞蹈犹如有一个特定模式，而不是像‘醉汉’的随机行走。”舒菁告诉《中国科学报》。
论文作者之一、理论物理探究所博士后陈一帆阐释，所谓“跳舞”是指，“裱花”版黑洞以一个特定的形式震荡，在时间上以一个固定的周期旋转，在空间上绕着甜甜圈的方向有一个特别的舞步。“我们可以经由较为黑洞附近偏振的分布及其随时间的演化，来证实是否存在轴子引发的偏振角的‘跳舞’。”
在该探究中，EHT连续4天测量了在M87附近发射的辐射线性偏振，提供了4天的线性偏振方向的高分辨率图像，这正是探究人员探索轴子所需要的信息。
舒菁强调，运用裱花图样4天转变的各异状况，我们可以使轴子和光子之间的耦合革新到过去未曾探索的区域。“‘跳舞’是我们预言的轴子假如存在的通讯形式，假如没有目睹‘跳舞’的形式，可以限制轴子的参数区间，比过去的限制都要强。”
盼望更多资料探测更多奥秘
“以便下降吸积流的湍流转变的不确定度，我们引入了一种新的确认策略，将两个连续天之间的差异身为观测量来限制轴子引发的线偏振方向转变。”陈一帆说，前方，经由提供更详尽的资料，尤其是更多连续时间观测和更好的空间分辨率，可以探测到更大的参数空间。
舒菁强调，这是第一次理论提出黑洞事情视界望远镜探测轴子这一超轻新粒子，并与兴办者开展了实际观测，是一项理论与评测结合相当密切的探究。
“我相当乐意提议发表这篇论文。”审稿人给出高度点评，该探究对轴子—光子耦合常数的最后约束是迄今为止最严格的，比过去的界限高出1-2个数量级，这是对EHT资料的有力使用以解决当代粒子物理界感兴趣的难题。所使用的技术策略可以在前方EHT所观测的更高品质的M87资料，以及其他超大品质黑洞资料上。