黑洞照片上新！我國科學家領銜，拍到了黑洞的“尾巴”

2017年，事件視界望遠鏡曾成功拍攝到M87黑洞的照片——它看起來像是一個“甜甜圈”。由中國科學院上海天文台研究員路如森領導的國際研究團隊，利用在毫米波段開展的新觀測，首次對射電星系M87的黑洞陰影，及其周圍顯示落入中央黑洞的物質的環狀結構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量黑洞附近的吸積流與噴流起源之間的聯繫。4月26日，相關成果對外公佈，並發表在新一期出版的《自然》雜誌。

（圖：M87在3.5毫米波長所觀測到的圖像，其緻密的核心首次在該波段被分解並在高分辨率條件下呈現為環狀結構（內嵌圖）。[圖源：R.-S.Lu(SHAO),E.Ros(MPIfR),andS.Dagnello(NRAO/AUI/NSF)]）

通常認為，黑洞周圍的物質是通過吸積的過程中落入黑洞的，但科學家從未直接對它進行過成像。本次觀測由全球毫米波甚長基線干涉測量陣列（GMVA）聯合阿塔卡馬大型毫米/亞毫米陣列（ALMA）和格陵蘭望遠鏡（GLT）進行。兩個觀測台站的加入，大大增強了全球毫米波甚長基線干涉測量陣列的成像能力，首次在3.5毫米波長對M87黑洞周圍的環狀結構進行了成像。

“以前我們曾在單獨的圖像中分別看到過黑洞和噴流，這次，我們在新波段拍攝了黑洞和噴流的全景圖。”路如森説。“我們之前看到的環狀結構，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，讓我們更全面地瞭解黑洞周圍的物理過程。”

全球毫米波甚長基線干涉測量陣列測得的環狀結構的直徑為64微角秒，相當於月球上的宇航員回望地球時，看到一個直徑13釐米的環形補光燈。這比此前事件視界望遠鏡在1.3毫米觀測中所看到的環狀結構要大50%，符合對該區域相對論等離子體輻射的預期。

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。觀測還發現，黑洞並不是“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。科研團隊表示，通過計算機模擬測試，他們得出結論，亮環的較大範圍與吸積流有關。

來自日本國立天文台的研究者表示，“在數據中發現了一些令人驚訝的事情。”在靠近黑洞的內部區域，輻射的寬度比預期要寬。這可能意味着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。

進一步的觀測和強大的望遠鏡陣列，將繼續揭開M87的神秘面紗。未來，毫米波觀測將研究M87黑洞的時間演變，並將結合不同顏色的“射電光”圖像，獲得M87中心黑洞區域的多色視圖。

中科院上海天文台台長沈志強表示，此次展現的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，還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！”

（記者 劉蘇雅）