黑洞“甜甜圈”有新進展！天文學家首次拍下這張全景圖 世界熱頭條

距離2019年4月全球科學家發(fā)布第一張黑洞照片已過去4年多，天文學家又有新的重大發(fā)現(xiàn)。

(資料圖)

由中國科學院上海天文臺路如森研究員領(lǐng)導的一個國際研究團隊利用在毫米波段開展的新觀測，首次對著名的M87黑洞陰影以及其周圍吸積落入中央黑洞的物質(zhì)的環(huán)狀結(jié)構(gòu)和強大的相對論性噴流一同進行了成像。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。相關(guān)成果26日晚11時許發(fā)表在本期出版的國際頂級學術(shù)期刊《自然》雜志上。

本次拍攝將16臺射電望遠鏡連起來，組成一臺口徑等效于地球直徑的望遠鏡。這一由中國學者領(lǐng)銜的國際合作項目，成員來自17個國家和地區(qū)、64家研究單位，共計121位。

圖1: M87在3.5毫米波長所觀測到的圖像，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）。[圖源：R.-S. Lu (SHAO), E. Ros (MPIfR),and S. Dagnello (NRAO/AUI/NSF)]

這張照片有何不同？

相比以前的照片，此次觀測首次將M87黑洞的陰影以及其周圍吸積流和噴流呈現(xiàn)在同一張照片之中。

“以前我們曾在單獨的圖像中分別看到過黑洞和噴流，但現(xiàn)在我們在一個新的波段拍攝了黑洞和噴流的全景圖”，上海天文臺的天文學家、中德馬普伙伴小組組長、論文的第一作者路如森說。他對第一財經(jīng)解釋，黑洞周圍的物質(zhì)被認為是在一個被稱為吸積的過程中落入黑洞的，但是從來沒有人直接對它進行過成像。“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”。

科學家們觀測到M87黑洞在3.5毫米的圖像也呈現(xiàn)“甜甜圈”形態(tài)，比此前EHT在1.3毫米觀測到的“甜甜圈”大了近50%。并且看到從“甜甜圈”向遠處延展的“尾巴”，它是黑洞的噴流。

日本國立天文臺的Kazuhiro Hada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”吹出來，造成黑洞周圍的湍流和混亂”。

上海天文臺臺長沈志強研究員對第一財經(jīng)介紹，此次展現(xiàn)的3.5毫米波長圖像可以說是代表了當前的最新成就。“但為了揭示M87中央超大質(zhì)量黑洞及其相對論性噴流的形成、加速、準直傳播的物理機制之謎，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。”

“洗”照片用了5年

此次的這張全景圖由全球毫米波甚長基線干涉測量陣列（GMVA）聯(lián)合阿塔卡馬大型毫米/亞毫米陣列（ALMA）和格陵蘭望遠鏡（GLT）獲得。這兩個觀測臺站的加入提高了這個洲際望遠鏡陣列的分辨率和靈敏度。

“通過在GMVA觀測中加入ALMA和GLT，大大提高了成像能力，我們獲得了一個新的視角。我們確實看到了我們在早期VLBI觀測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。

路如森說，本次公布的黑洞新照片其實在2018年4月14日至15日就已經(jīng)拍好。

路如森，金葉子／攝

談到為何要在5年后發(fā)布，路如森對第一財經(jīng)解釋道，在初步處理數(shù)據(jù)后，他們就在數(shù)據(jù)中注意到了前所未有的新特征，這給團隊成員很大激勵。經(jīng)過了復雜的數(shù)據(jù)處理和成圖過程，及反復驗證和確認結(jié)果，最終在五年后呈現(xiàn)出這張新圖像。

“舉個例子，去年我們參與的全球首張銀河系中心黑洞照片其實也是是2017年拍攝的，這中間也是花了5年的時間。VLBI（常規(guī)甚長基線干涉測量）這一塊，實際上還是比較復雜，需要花時間的，所以說拍照的時間可能就10個小時或者是甚至5個小時。但是 ‘洗照片 ’的過程，包括后邊的理論解釋，可能花的時間就要多得多，這是我們?yōu)槭裁匆〝?shù)年的時間才能得到這樣一張照片的原因。”

據(jù)介紹，關(guān)于M87黑洞研究的下一步的目標是與EHT一起拍攝“彩色黑洞”。所謂“彩色”就是在不同的觀測波長上給黑洞拍照。“我們將拍攝更清晰的3.5毫米照片，結(jié)合未來EHT拍攝的更清晰的1.3毫米照片，未來下一代EHT拍攝的0.8毫米照片，以及在更遙遠的未來空間VLBI拍攝的更短波長的照片，我們可以得到黑洞的 ‘彩色照片’。”

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