黑洞長什么樣？2019年4月，“事件視界望遠鏡”合作組織EHT發(fā)布了人類歷史上第一張黑洞照片，引發(fā)了全球高度關注，該黑洞被稱為M87，其酷似甜甜圈的形象給人們留下了十分深刻的印象。從人們印象中的“紅色加熱器”，到如今有了更多的細節(jié)。

記者從中國科學院獲悉，科學家通過在毫米波段的觀測，首次對這個黑洞的陰影及其周圍環(huán)狀結構和強大噴流一同進行了成像，圖像首次表明了中央超大質量黑洞附近的吸積流與噴流起源之間的聯(lián)系。

【資料圖】

人類捕獲的第一張黑洞照片。圖源：央視網

人類首次“看見”的那個黑洞，位于室女座一個巨橢圓星系M87的中心，距離地球5500萬光年，質量約為太陽的65億倍，它的核心區(qū)域存在一個陰影，周圍環(huán)繞一個新月狀光環(huán)。

2019年4月10日，科學家們首次發(fā)布了M87黑洞的圖像，并在此后持續(xù)開展對M87黑洞的觀測研究。

該研究由中科院上海天文臺研究員路如森領導的國際研究團隊完成，團隊利用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波/亞毫米波陣列（ALMA）和格陵蘭望遠鏡（GLT）獲得此次觀測結果，相關成果26日在國際學術期刊《自然》發(fā)表。

“以前，我們曾在單獨的圖像中分別看到過黑洞和噴流，這次則是在一個新的波段拍攝了黑洞和噴流的全景圖，可以看到噴流是如何從中央超大質量黑洞周圍的環(huán)狀結構中出現(xiàn)的?！甭啡缟f。

“此次觀測還揭示了M87黑洞的更多細節(jié)，有助于更全面了解黑洞周圍的物理過程?！甭啡缟f。

“對M87的探索并沒有結束，我們將拍攝更多色的高質量圖像，為揭示M87中央超大質量黑洞及其噴流形成、加速、準直傳播的物理機制之謎作出更多貢獻?！敝锌圃荷虾Ｌ煳呐_臺長沈志強說。

M87黑洞陰影、吸積流和噴流一起成像的全景圖。圖源：中國科學院上海天文臺

據(jù)了解，與此前“事件視界望遠鏡”合作組織拍攝的照片不同的是，之前的是黑洞的“特寫”，人們能夠看到的是亮環(huán)圍繞著中間的黑洞陰影。而這次拍攝到的則是“全景”，在這張照片中有黑洞、黑洞周圍的吸積流以及從吸積盤附近延伸向遠處的噴流。作為事件視界望遠鏡黑洞照片的拓展，充分展現(xiàn)了黑洞和它周圍環(huán)境的關系。

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表示，黑洞周圍的物質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?！拔覀冎翱吹降沫h(huán)狀結構在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產生了額外的輻射。這使得我們能夠更全面地了解黑洞周圍的物理過程?！?/p>

此次的觀測結果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。ALMA和GLT的參與提高了這個洲際望遠鏡陣列的分辨率和靈敏度。

來自M87的射電輻射是由高能電子和磁場的相互作用產生的，這種現(xiàn)象被稱為同步輻射。在3.5毫米波長，新的觀測結果揭示了有關這些電子的位置和能量的更多細節(jié)。它們還揭示了一些關于黑洞本身的性質：它不是“很餓”。它消耗物質的速度很低，只將其中一小部分轉化為輻射。

參與觀測的16臺射電望遠鏡陣列分布圖。圖源：中國科學院上海天文臺

中國科學家領銜的國際團隊首次呈現(xiàn)了黑洞和噴流的“全景”照。

北京大學科維理天文與天體物理研究所所長何子山教授介紹，這次是在2019年人類首張黑洞照片的基礎上，進一步驗證了大質量黑洞的存在。并通過完整的成像，使人們進一步了解了中央超大質量黑洞附近的吸積流與噴流之間的聯(lián)系，比此前大了近50%，還有了長長的“尾巴”。

中國科學院上海天文臺路如森研究員領銜的國際團隊通過在毫米波段開展的新觀測，首次對射電星系M87的黑洞(M87*)陰影，以及其周圍吸積落入中央黑洞的物質的環(huán)狀結構和強大的相對論性噴流一同進行成像。圖像表明了中央超大質量黑洞附近的吸積流與噴流起源之間的聯(lián)系。

實際上，這張?zhí)厥獾暮诙葱抡掌窃?018年4月14日至15日拍攝的。一張照片的沖洗耗時五年，克服了許多難題。

M87星系的中心黑洞能驅動能量巨大的噴流，速度接近光速，可以延展至星系以外很遠處。

根據(jù)M87黑洞的質量，科學家可以估算出它的黑洞事件視界直徑約為400億公里，而冥王星到太陽的距離也僅為58億公里。

關于黑洞的形成，科學界目前認為恒星質量級的黑洞是由大質量恒星演化晚期坍縮形成，但星系中央的超大質量黑洞是如何形成的，仍是未解之謎。

圖源：視覺中國

目前M87黑洞已演化到了穩(wěn)定階段，科學家們利用事件視界望遠鏡及其它的多波段觀測數(shù)據(jù)得到的諸多限制來研究黑洞及其周圍環(huán)境的現(xiàn)狀，但仍無法回答黑洞形成階段的問題。

對M87中心黑洞的探索并沒有結束，進一步的觀測和強大的望遠鏡陣列將繼續(xù)揭開它的神秘面紗。

研究團隊透露，下一步的目標是與事件視界望遠鏡一起拍攝“彩色黑洞”。所謂“彩色”就是在不同的觀測波長上給黑洞拍照。由于不同波長的電磁輻射揭示了黑洞附近不同的物理過程，相比于“單色黑洞”，“彩色黑洞”將帶來更多信息，幫助人們更好地理解黑洞本身，以及它和周圍環(huán)境的關系。

路如森說：“我們將拍攝更清晰的3.5毫米照片，結合事件視界望遠鏡未來拍攝的更清晰的1.3毫米照片、下一代事件視界望遠鏡拍攝的0.8毫米照片，以及在更遙遠的未來空間甚長基線干涉測量拍攝的更短波長的照片，我們可以得到黑洞的‘彩色照片’?！?/p>

研究團隊成員、韓國天文和空間科學研究所的樸鐘浩（Jongho Park）說：“未來毫米波觀測將研究M87中心黑洞的時間演變并且將通過結合不同顏色的‘射電光’的圖像來獲得M87中心黑洞區(qū)域的多色視圖”。

圖源：視覺中國

“此次展現(xiàn)的3.5毫米波長圖像代表了當前的最新成就。但為了揭示M87中央超大質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?！鄙虾Ｌ煳呐_臺長沈志強說。

研究團隊的另一個目標是拍攝“動態(tài)黑洞”。黑洞并不是靜止的，它每時每刻都在和周圍環(huán)境相互作用，因此不同時刻看它，它是不一樣的。拍攝“動態(tài)黑洞”將在空間維度上再解鎖時間維度，讓人們能夠全方位地觀測和理解黑洞。

對于M87中心黑洞，由于它變化緩慢，需要長時間的監(jiān)測來拍攝它的變化。事件視界望遠鏡在過去幾年進行了多次的連續(xù)成像觀測，未來五年也有持續(xù)的觀測計劃。這些觀測數(shù)據(jù)將呈現(xiàn)M87中心黑洞在10年時間跨度上的電影。

路如森說：“針對快速變化的銀心黑洞，目前事件視界望遠鏡的望遠鏡分布不足以實現(xiàn)‘快拍模式’的動態(tài)攝影，‘丟幀’嚴重。但隨著未來幾年更多望遠鏡的加入，將能達到所需時間分辨率，拍到‘黑洞電影’。”

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