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）。

4年前，一張來自宇宙深處的“甜甜圈”照片轟動(dòng)全球，那是人類首次“看見”黑洞。近日，這一黑洞又有了更奇妙的新照片。

這是天文學(xué)家首次對(duì)黑洞陰影和強(qiáng)大噴流一起成像。記者從中國科學(xué)院獲悉，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，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。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。

(資料圖)

“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。

此次的觀測結(jié)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(yuǎn)鏡（GLT）獲得。這兩個(gè)觀測臺(tái)站的加入大大增強(qiáng)了GMVA的成像能力，并首次在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)谠缙赩LBI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?！暗牵F(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)波段測量黑洞周圍環(huán)狀結(jié)構(gòu)的直徑?！?/p>

來自M87的射電輻射是由高能電子和磁場的相互作用產(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。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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