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人类首次“看见”的黑洞迎来“全景照”

发表时间:2023-04-28 11:59作者:张渺来源:中国青年报客户端

中国青年报客户端北京4月27日电(中青报·中青网记者 张渺)还记得人类首次“看见”的M87黑洞吗?如今它有了“全景照”。记者今天从中国科学院获悉,由该院上海天文台路如森研究员领导的国际研究团队,利用全球毫米波甚长基线干涉测量阵列(GMVA),联合阿塔卡马大型毫米波/亚毫米波阵列(ALMA)和格陵兰望远镜(GLT),首次在3.5毫米波长对M87黑洞周围的环状结构进行了成像。


图像首次表明了中央超大质量黑洞附近的吸积流与喷流起源之间的联系,相关成果4月26日在国际学术期刊《自然》发表。


“以前我们曾在单独的图像中分别看到过黑洞和喷流,但现在我们在一个新的波段拍摄了黑洞和喷流的全景图。”论文第一作者路如森说,“我们之前看到的环状结构在3.5毫米波长变得更大、更厚。这表明在新的图像中可以看到落入黑洞的物质产生了额外的辐射。这使得我们能够更全面地了解黑洞周围的物理过程。”


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M87黑洞全景照。中科院上海天文台供图


据路如森介绍,黑洞周围的物质被认为是在一个被称为吸积的过程中落入黑洞的。在这之前,从来没有人直接对它进行过成像。


据了解,GMVA测得的环状结构直径为64微角秒,相当于月球上的宇航员回望地球时看到一个13厘米的环形补光灯的大小。这个直径比4年前事件视界望远镜(EHT)在1.3毫米观测中所看到的环状结构要大50%,符合对该区域相对论等离子体辐射的预期。


“通过在GMVA观测中加入ALMA和GLT,大大提高了成像能力,我们获得了一个新的视角。我们确实看到了我们在早期VLBI观测中了解到的三齿状的喷流。”位于德国波恩的马普射电天文研究所的托马斯﹒克里奇鲍姆说,“但是,现在我们可以看到喷流是如何从中央超大质量黑洞周围的环状结构中出现的,而且我们现在也可以在另一个波段测量黑洞周围环状结构的直径。”


来自M87的射电辐射是由高能电子和磁场的相互作用产生的,这种现象被称为同步辐射。在3.5毫米波长,新的观测结果揭示了有关这些电子的位置和能量的更多细节。它们还告诉研究者一些关于黑洞本身的性质:它不是“很饿”,消耗物质的速度很低,只将其中一小部分转化为辐射。


据研究者解释,为了了解这个更大、更厚的环的物理来源,他们不得不使用计算机模拟来测试不同的情况。最终研究者得出结论,“亮环的较大范围与吸积流有关”。 此外在靠近黑洞的内部区域,辐射的宽度比预期的要宽。这可能意味着黑洞周围不仅仅有气体落入,也可能“有一股风吹出来,造成黑洞周围的湍流和混乱”。


对M87的探索并没有结束,因为进一步地观测和强大的望远镜阵列将继续揭开它的神秘面纱。未来毫米波观测将研究M87黑洞的时间演变,并且将通过结合不同颜色的“射电光”的图像来获得M87中心黑洞区域的多色视图。


“此次展现的3.5毫米波长图像可以说是代表了当前的最新成就。但为了揭示M87中央超大质量黑洞及其相对论性喷流的形成、加速、准直传播的物理机制之谜,我们需要拍摄更多色的高质量图像,包括在0.8毫米或更短的亚毫米波波长的黑洞照片,以及在长至7.0毫米波长的黑洞和喷流的全景图像,未来非常令人期待。”中科院上海天文台台长沈志强研究员说。

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