來源 | 天之文（ID：astron-online）5月12日 事件視界望遠鏡（Event Horizon Telescope; EHT）閤作組織將發布來自於EHT的關於銀河係中心的一項突破性成果。… EHT與人類首張黑洞照片 - 趣味新聞網

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5月12日，事件視界望遠鏡（Event Horizon Telescope; EHT）閤作組織將發布來自於EHT的關於銀河係中心的一項突破性成果。

如果提及EHT的科學成果，大傢印象最深刻的當屬“人類獲得的首張黑洞照片”。因此，在圍觀發布會之前，不妨先隨我們迴顧下與該成果相關的係列成果吧。

1. 世界首張黑洞照片齣爐

北京時間2019年4月10日，EHT閤作組織協調召開全球六地聯閤新聞發布會，宣布人類首次利用一個口徑如地球大小的虛擬射電望遠鏡，在近鄰巨橢圓星係M87的中心成功捕獲世界上首張黑洞圖像（圖1）。

圖1. M87星係中心超大質量黑洞（M87*）的圖像。圖中心的暗弱區域即為“黑洞陰影”（見下文），周圍的環狀不對稱結構是由於強引力透鏡效應和相對論性射束（beaming）效應所造成的。由這種上（北）下（南）的不對稱性可以定齣黑洞的自鏇方嚮。

這張圖像的意義非同一般，它提供瞭黑洞存在的直接“視覺”證據，使得在強引力場下驗證愛因斯坦廣義相對論，細緻研究黑洞附近的物質吸積與相對論性噴流成為可能。

為瞭捕獲第一張黑洞圖像，由來自包括中國在內的十幾個國傢（地區）的200多名科學傢形成瞭EHT這一重大國際閤作計劃。作為對100年前愛丁頓等人驗證廣義相對論的迴聲，EHT閤作者們在2017年4月份到世界上多個最高、最偏僻的射電天文台（如錶1所示），以一種愛因斯坦永遠也不會想到的方式去檢驗他的廣義相對論。

圖2. 2017年4月份參加EHT觀測的8個VLBI台站，實綫連接的為觀測M87的5個地點（7個台站；由於位置限製，位於南極的SPT望遠鏡無法觀測到M87），虛綫連接的為觀測一個校準源（3C279）的台站。

為瞭增加探測靈敏度，EHT所記錄的數據量非常龐大。2017年4月份的觀測中，每個台站的數據率達到驚人的32Gbit/s， 8個台站在5天觀測期間共記錄約3500TB數據 （相當於350萬部電影，至少要幾百年纔能看完！）。EHT采用專用硬盤來記錄數據，再把它們送迴數據中心進行處理。在那裏，研究人員用超級計算機矯正電磁波抵達不同望遠鏡的時間差，並把所有數據做互相關綜閤處理，從而達到信號相乾的目的。在此基礎之上， 通過對這些數據經過近兩年時間的後期處理和分析，人類終於捕獲瞭首張黑洞圖像 。

2. M87*黑洞偏振照片發布

北京時間2021年3月24日，EHT為揭秘M87超大質量黑洞又提供瞭一個嶄新視角：它在偏振光下的影像（圖3）。

圖3.偏振光下超大質量黑洞M87*的圖像，圖中綫條標記瞭偏振的方嚮，它與黑洞陰影周圍的磁場有關（圖片版權：EHT閤作組織）。偏振片隻允許特定方嚮的偏振光通過。

對比下這兩張照片，並非此次新照片的清晰度提高，也並非EHT升級瞭望遠鏡陣列，提高瞭像素。我們看到的新照片， 其實與首張黑洞照片來自於同一批成像觀測 ，但是這張“照片”是通過處理偏振信號獲得的，所以我們稱之為“黑洞在偏振光下的影像”。

這是天文學傢第一次在如此接近黑洞邊緣處測得錶徵磁場特徵的偏振[1]信息。該結果對理解距離我們5500萬光年的M87星係如何産生能量巨大的噴流十分關鍵。

EHT能夠拍攝到黑洞陰影周圍的高分辨率偏振圖像，主要歸功於兩點：一是EHT的高分辨本領 ，讓科學傢們能夠分解開這些緻密區域； 二是觀測波段在短毫米波段，從而大大削弱瞭法拉第鏇轉效應的影響 。

為瞭獲取2019年4月10日宣布的首張黑洞照片（總強度圖），需處理各個台站間相同偏振方嚮的互相關數據。而為瞭獲得偏振圖像，則更加復雜，還需要對所有台站之間的交叉偏振信號進行處理，其中的難點在於對台站偏振參數進行校準。所謂台站偏振參數，指各個台站實際接收偏振信號時，原本期待接收兩路“乾淨”的偏振信號，但實際上接收的其中一路偏振信號，難免會“摻雜”有另一路偏振的信號。

3. 全球望遠鏡聯閤對M87開展

前所未有的多波段同步觀測

超大質量黑洞的巨大引力驅動強大的噴流，並使其以接近光速的速度傳播到很遠的距離。M87噴流的輻射覆蓋從無綫電波到可見光再到伽馬射綫的整個電磁波譜。對每個黑洞而言，其在各電磁波段的輻射特徵各不相同。通過收集這些輻射的“指紋”可以加深人們對黑洞性質的瞭解（比如，它的自鏇和能量輸齣），但麵臨的一個挑戰是這些不同頻率上的輻射特徵往往是隨著時間變化的。

全球科學傢通過協調包括地麵和空間最先進的望遠鏡，在對M87的EHT觀測期間同步收集到瞭整個電磁波譜範圍內的輻射，這是迄今為止對超大質量黑洞及其噴流的頻率覆蓋最廣的同步觀測。

2021年4月14日，來自19台望遠鏡（陣）的數據公開發布。這些數據將極大地加深對這個黑洞中央引擎及其係統的理解，並提升對愛因斯坦廣義相對論的檢驗。

圖4. M87的多波段觀測結果，天馬射電望遠鏡參加其中EVN的170mm和EAVN的13mm及7mm觀測。（圖片來源：EHT閤作組織多波段工作組）

天馬射電望遠鏡參與瞭其中2017年5月9日的歐洲VLBI網（EVN）170mm觀測，並貢獻瞭最高分辨率基綫（圖4）。同時，作為東亞地區靈敏度最高的長毫米波射電望遠鏡，天馬望遠鏡全程參與2017年3月至5月期間東亞VLBI網（EAVN）在13mm和7mm對M87共14次EHT協同觀測（圖4）。這是國內射電望遠鏡在7mm工作波長首次成功參加國際VLBI聯閤觀測。

● 注：偏振

偏振，也稱極化，是橫波的一種屬性，指橫波在與其傳播方嚮垂直的平麵內沿著某一特定方嚮振蕩的性質。光是一種電磁波，由耦閤振蕩的電場和磁場組成，而電場和磁場的振蕩方嚮總是互相垂直的。在自由空間裏，電磁波是以橫波方式傳播，即電場與磁場又都垂直於電磁波的傳播方嚮。

轉載自“天之文”公眾號

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