您现在的位置：首页 > 民生 > 科创 > 正文

黑洞又换新头像了！“甜甜圈”这次拖了“尾巴”，而天文学家们还有更宏伟的计划……

来源：新民晚报记者：郜阳作者：郜阳编辑：钱文婷 2023-04-26 23:00

图说：M87在3.5毫米波长所观测到的图像，其致密的核心首次在该波段被分解并在高分辨率条件下呈现为环状结构（内嵌图）来源/上海天文台

　　四年前，世界首张黑洞照片问世。在那张来自事件视界望远镜（EHT）的照片里，M87中心黑洞如同电影《指环王》中索伦的魔眼，在温暖而神秘的橙红色光环中，是一片深黑的无底之洞。

　　北京时间26日深夜，M87黑洞又换上了“新头像”。这一回，由中国科学院上海天文台路如森研究员领衔的17个国家和地区的121位科研人员组成的研究团队，利用在毫米波段开展的新观测，首次在一张图里拍到了黑洞阴影、黑洞周围的吸积流以及强大喷流——“甜甜圈”依旧在，还有向远处延展的“尾巴”。

　　相关成果发表在本期出版的国际顶级学术期刊《自然》（Nature）上。

图说：科研人员介绍研究成果新民晚报记者郜阳摄

　　从“特写”到“全景”

　　M87中心黑洞在四年前就家喻户晓了。M87质量非常可观，距离地球约5500万光年，在天空平面上看起来非常大，且已演化到了稳定阶段，是挺上镜且值得研究的“模特”。

　　将两张照片摆在一块，一张“特写”，一张“全景”。除了明显的“尾巴”部分，“甜甜圈”的颜色也不大一样。而且，这次观测到的环比四年前要大上近50%，难不成黑洞在悄悄“长胖”？

资料图：世界首张黑洞照片来源/事件视界望远镜国际合作组织

　　当然不是！这是由于两张照片用到的观测设备不同——

　　根据天文学家了解的知识，要想得到“高清照片”，要么降低观测频段光子的波长，要么增加望远镜的有效口径。在世界首张黑洞照片中，是通过甚长基线干涉测量（VLBI）技术对全球8个不同地方的望远镜进行联网，得到了一个口径达1万公里的望远镜。

　　这次，分布在地球不同位置的16台望远镜联合起来，组成一台口径等效于地球直径的望远镜。除了全球毫米波阵的14台望远镜，位于智利的阿塔卡马大型毫米波/亚毫米波阵列的加入，使南北方向分辨率增加了4倍，而北极圈内格陵兰望远镜的“出战”同样让观测如虎添翼。

图说：参与观测的16个台站来源/上海天文台

　　“EHT的视场比较小，只能拍摄‘特写’照片，离黑洞稍远一些的喷流没能进入镜头。”中科院上海天文台研究员、中德马普伙伴小组组长路如森解释，“本次拍摄用的望远镜比EHT的视场大很多，既能看到黑洞周围的发光物质，也能看到喷流。”

　　此外，两张照片的观测频率也不同，喷流辐射在EHT采取的1.3毫米观测波长相对更暗，而本次观测采取的3.5毫米观测波长则明亮不少——这既是这回的“甜甜圈”看上去更“可口”，也是EHT“看不见”喷流的潜在原因。

　　那为何不同频率的观测都能看到“甜甜圈”的结构？路如森表示，一方面这些物质可能本身就是环形；另一方面，黑洞附近弯曲的时空会使光线弯曲甚至绕转黑洞数圈才逃逸出来这也会形成亮环。

　　未来要给黑洞“拍电影”

　　黑洞是宇宙中最神秘的天体之一，它的“黑”源于自身强悍的引力场，只要闯入了它的事件视界，连光都跑不出来。理论学家认为，黑洞不仅在“吃”，同时也在“吐”；若是“吐”出的物质速度快、方向性好，便形成了所观测到的喷流——也就是“甜甜圈”后拖着的“尾巴”。

　　以前，科学家们只在单独的图像中分别看到过黑洞和喷流，而此次拍摄的“全景”，将两者在一张图上呈现。要知道，黑洞与喷流的关系至今没有明确定论，观测工作也在一步步试图解开这个谜团，使科学家们能够更全面地了解黑洞周围的物理过程。

　　首张黑洞照片“冲洗”了快两年。而新照片是在2018年4月14日至15日拍摄的，每天观测了十余小时。换句话说，这张照片的“冲洗”耗时更久。“由于有‘巨无霸’级望远镜加入观测阵列，所有人都对拍摄结果抱有很高期待。在初步处理数据后，我们就在数据中注意到了前所未有的新特征，这给团队成员很大激励。”路如森透露，“在将‘生数据’处理成‘熟数据’过程中，团队前后开展了四次VLBI分析中的‘互相关处理’以及相应的‘相关后处理’，大家反复验证和确认结果，最终在五年后呈现出这张史无前例的新图像。”

　　对M87的探索并没有结束，进一步的观测和强大的望远镜阵列将继续揭开它的神秘面纱。上海天文台台长、研究员沈志强介绍，未来科学家们将与EHT和空间VLBI联动，给黑洞拍一张“彩色照片”。相比于“单色黑洞”，“彩色黑洞”将带给人们更多信息，帮助科学家更好理解黑洞以及它和周围环境的关系。