黑洞照片上新！我国科学家领衔，拍到了黑洞的“尾巴”

2017年，事件视界望远镜曾成功拍摄到M87黑洞的照片——它看起来像是一个“甜甜圈”。由中国科学院上海天文台研究员路如森领导的国际研究团队，利用在毫米波段开展的新观测，首次对射电星系M87的黑洞阴影，及其周围显示落入中央黑洞的物质的环状结构和强大的相对论性喷流一同进行了成像。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。4月26日，相关成果对外公布，并发表在新一期出版的《自然》杂志。

（图：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）。[图源：R.-S.Lu(SHAO),E.Ros(MPIfR),andS.Dagnello(NRAO/AUI/NSF)]）

通常认为，黑洞周围的物质是通过吸积的过程中落入黑洞的，但科学家从未直接对它进行过成像。本次观测由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/亚毫米阵列（ALMA）和格陵兰望远镜（GLT）进行。两个观测台站的加入，大大增强了全球毫米波甚长基线干涉测量阵列的成像能力，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。

“以前我们曾在单独的图像中分别看到过黑洞和喷流，这次，我们在新波段拍摄了黑洞和喷流的全景图。”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，让我们更全面地了解黑洞周围的物理过程。”

全球毫米波甚长基线干涉测量阵列测得的环状结构的直径为64微角秒，相当于月球上的宇航员回望地球时，看到一个直径13厘米的环形补光灯。这比此前事件视界望远镜在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。

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。观测还发现，黑洞并不是“很饿”——它消耗物质的速度很低，只将其中一小部分转化为辐射。科研团队表示，通过计算机模拟测试，他们得出结论，亮环的较大范围与吸积流有关。

来自日本国立天文台的研究者表示，“在数据中发现了一些令人惊讶的事情。”在靠近黑洞的内部区域，辐射的宽度比预期要宽。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。

进一步的观测和强大的望远镜阵列，将继续揭开M87的神秘面纱。未来，毫米波观测将研究M87黑洞的时间演变，并将结合不同颜色的“射电光”图像，获得M87中心黑洞区域的多色视图。

中科院上海天文台台长沈志强表示，此次展现的3.5毫米波长图像，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，还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！”

（记者 刘苏雅）