IT之家 4 月 27 日消息，對(duì)人類首次“看見”的那個(gè)黑洞，科學(xué)家又有新的觀測(cè)進(jìn)展。

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IT之家從中國科學(xué)院上海天文臺(tái)官方公眾號(hào)獲悉，由中國科學(xué)院上海天文臺(tái)路如森研究員領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)國際研究團(tuán)隊(duì)利用在毫米波段開展的新觀測(cè)，首次對(duì)著名的射電星系 Messier 87 的黑洞陰影以及其周圍顯示落入中央黑洞的物質(zhì)的環(huán)狀結(jié)構(gòu)和強(qiáng)大的相對(duì)論性噴流一同進(jìn)行了成像。圖像首次表明了中央超大質(zhì)量黑洞附近的吸積流與噴流起源之間的聯(lián)系。

人類首次“看見”的這個(gè)黑洞，位于室女座一個(gè)巨橢圓星系 M87 的中心，距離地球 5500 萬光年，質(zhì)量約為太陽的 65 億倍，它的核心區(qū)域存在一個(gè)陰影，周圍環(huán)繞一個(gè)新月狀光環(huán)。2019 年 4 月 10 日，科學(xué)家們首次發(fā)布了 M87 黑洞的圖像，并在此后持續(xù)開展對(duì) M87 黑洞的觀測(cè)研究。

此次的觀測(cè)結(jié)果由全球毫米波甚長基線干涉測(cè)量陣列（GMVA）聯(lián)合阿塔卡馬大型毫米 / 亞毫米陣列（ALMA）和格陵蘭望遠(yuǎn)鏡（GLT）獲得。這兩個(gè)觀測(cè)臺(tái)站的加入大大增強(qiáng)了 GMVA 的成像能力。相關(guān)成果發(fā)表在本期出版的國際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《自然》雜志上。

圖 1: M87 在 3.5 毫米波長所觀測(cè)到的圖像，其致密的核心首次在該波段被分解并在高分辨率條件下呈現(xiàn)為環(huán)狀結(jié)構(gòu)（內(nèi)嵌圖）。

“以前我們?cè)趩为?dú)的圖像中分別看到過黑洞和噴流，但現(xiàn)在我們?cè)谝粋€(gè)新的波段拍攝了黑洞和噴流的全景圖”，來自上海天文臺(tái)的天文學(xué)家、中德馬普伙伴小組組長、論文的第一作者路如森說。黑洞周圍的物質(zhì)被認(rèn)為是在一個(gè)被稱為吸積的過程中落入黑洞的，但是從來沒有人直接對(duì)它進(jìn)行過成像。“我們之前看到的環(huán)狀結(jié)構(gòu)在 3.5 毫米波長變得更大、更厚。這表明在新的圖像中可以看到落入黑洞的物質(zhì)產(chǎn)生了額外的輻射。這使得我們能夠更全面地了解黑洞周圍的物理過程”，他補(bǔ)充說。

值得注意的是，實(shí)際上，這張?zhí)厥獾暮诙葱抡掌窃?2018 年 4 月 14 日至 15 日拍攝的。一張照片的沖洗耗時(shí)五年，克服了許多難題。

ALMA 和 GLT 參與了此次 GMVA 的觀測(cè)，并由此提高了這個(gè)洲際望遠(yuǎn)鏡陣列的分辨率和靈敏度。這使得我們首次在 3.5 毫米波長對(duì) M87 黑洞周圍的環(huán)狀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了成像。GMVA 測(cè)得的環(huán)狀結(jié)構(gòu)的直徑為 64 微角秒，相當(dāng)于月球上的宇航員回望地球時(shí)看到的一個(gè) 13 厘米（5 英寸）的環(huán)形補(bǔ)光燈的大小。這個(gè)直徑比事件視界望遠(yuǎn)鏡（EHT）此前在 1.3 毫米觀測(cè)中所看到的環(huán)狀結(jié)構(gòu)要大 50%，符合對(duì)該區(qū)域相對(duì)論等離子體輻射的預(yù)期。

“通過在 GMVA 觀測(cè)中加入 ALMA 和 GLT，大大提高了成像能力，我們獲得了一個(gè)新的視角。我們確實(shí)看到了我們?cè)谠缙?VLBI 觀測(cè)中了解到的三齒狀的噴流”，位于德國波恩的馬普射電天文研究所（MPIfR）的 Thomas Krichbaum 說。“但是，現(xiàn)在我們可以看到噴流是如何從中央超大質(zhì)量黑洞周圍的環(huán)狀結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)的，而且我們現(xiàn)在也可以在另一個(gè)波段測(cè)量黑洞周圍環(huán)狀結(jié)構(gòu)的直徑。”

來自 M87 的射電輻射是由高能電子和磁場(chǎng)的相互作用產(chǎn)生的，這種現(xiàn)象被稱為同步輻射。在 3.5 毫米波長，新的觀測(cè)結(jié)果揭示了有關(guān)這些電子的位置和能量的更多細(xì)節(jié)。它們還告訴我們一些關(guān)于黑洞本身的性質(zhì)：它不是“很餓”。它消耗物質(zhì)的速度很低，只將其中一小部分轉(zhuǎn)化為輻射。臺(tái)灣地區(qū)“中研院”天文和天體物理研究所的 Keiichi Asada 解釋說：“為了了解這個(gè)更大、更厚的環(huán)的物理來源，我們不得不使用計(jì)算機(jī)模擬來測(cè)試不同的情況。最終我們得出結(jié)論，亮環(huán)的較大范圍與吸積流有關(guān)”。

日本國立天文臺(tái)的 Kazuhiro Hada 補(bǔ)充說：“我們還在數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)了一些令人驚訝的事情：在靠近黑洞的內(nèi)部區(qū)域，輻射的寬度比我們預(yù)期的要寬。這可能意味著黑洞周圍不僅僅有氣體落入，也可能有一股“風(fēng)”吹出來，造成黑洞周圍的湍流和混亂”。

對(duì) M87 的探索并沒有結(jié)束，因?yàn)檫M(jìn)一步的觀測(cè)和強(qiáng)大的望遠(yuǎn)鏡陣列將繼續(xù)揭開它的神秘面紗。韓國天文和空間科學(xué)研究所的 Jongho Park 說：“未來毫米波觀測(cè)將研究 M87 黑洞的時(shí)間演變并且將通過結(jié)合不同顏色的“射電光”的圖像來獲得 M87 中心黑洞區(qū)域的多色視圖”。

“是的，此次展現(xiàn)的 3.5 毫米波長圖像可以說是代表了當(dāng)前的最新成就。但為了揭示 M87 中央超大質(zhì)量黑洞及其相對(duì)論性噴流的形成、加速、準(zhǔn)直傳播的物理機(jī)制之謎，我們需要拍攝更多色的高質(zhì)量圖像，包括在 0.8 毫米或更短的亞毫米波波長的黑洞照片，以及在長至 7.0 毫米波長的黑洞和噴流的全景圖像，未來非常令人期待”，上海天文臺(tái)臺(tái)長沈志強(qiáng)研究員補(bǔ)充說。

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