(圖: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)。[圖源:R.-S.Lu(SHAO),E.Ros(MPIfR),andS.Dagnello(NRAO/AUI/NSF)])
2017年,事件視界望遠(yuǎn)鏡曾成功拍攝到M87黑洞的照片——它看起來像是一個(gè)“甜甜圈”。由中國科學(xué)院上海天文臺研究員路如森領(lǐng)導(dǎo)的國際研究團(tuán)隊(duì),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(zhì)的環(huán)狀結(jié)構(gòu)和強(qiáng)大的相對論性噴流一同進(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。4月26日,相關(guān)成果對外公布,并發(fā)表在新一期出版的《自然》雜志。
通常認(rèn)為,黑洞周圍的物質(zhì)是通過吸積的過程中落入黑洞的,但科學(xué)家從未直接對它進(jìn)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(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)進(jìn)行。兩個(gè)觀測臺站的加入,大大增強(qiáng)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(huán)狀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了成像。
(資料圖片)
“以前我們曾在單獨(dú)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?!甭啡缟f?!拔覀冎翱吹降沫h(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,讓我們更全面地了解黑洞周圍的物理過程?!?/p>
全球毫米波甚長基線干涉測量陣列測得的環(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),看到一個(gè)直徑13厘米的環(huán)形補(bǔ)光燈。這比此前事件視界望遠(yuǎn)鏡在1.3毫米觀測中所看到的環(huán)狀結(jié)構(gòu)要大50%,符合對該區(qū)域相對論等離子體輻射的預(yù)期。
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)。觀測還發(fā)現(xiàn),黑洞并不是“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??蒲袌F(tuán)隊(duì)表示,通過計(jì)算機(jī)模擬測試,他們得出結(jié)論,亮環(huán)的較大范圍與吸積流有關(guān)。
來自日本國立天文臺的研究者表示,“在數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)了一些令人驚訝的事情?!痹诳拷诙吹膬?nèi)部區(qū)域,輻射的寬度比預(yù)期要寬。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?!?/p>
進(jìn)一步的觀測和強(qiáng)大的望遠(yuǎn)鏡陣列,將繼續(xù)揭開M87的神秘面紗。未來,毫米波觀測將研究M87黑洞的時(shí)間演變,并將結(jié)合不同顏色的“射電光”圖像,獲得M87中心黑洞區(qū)域的多色視圖。
中科院上海天文臺臺長沈志強(qiáng)表示,此次展現(xiàn)的3.5毫米波長圖像,代表了當(dāng)前的最新成就。但為了揭示M87中央超大質(zhì)量黑洞及其相對論性噴流的形成、加速、準(zhǔn)直傳播的物理機(jī)制之謎,還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!”
來源:北京日報(bào)客戶端 記者 劉蘇雅
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