發表日期 5/13/2022, 11:38:02 PM
2022年5月12日晚
位於我們銀河係中心的
超大質量黑洞的首張照片
正式公布
這是EHT閤作組織
繼2019年發布人類第一張
黑洞(M87*)照片後的
又一重大突破
此次公布的第二張
黑洞照片(SgrA*)
這個黑洞離我們更近
△銀河係中心黑洞的首張照片(EHT閤作組織供圖)
記者從包括上海在內的全球各地同時召開的新聞發布會上獲悉, 這一成果給齣瞭該天體就是黑洞的實證 ,為理解這種被認為居於大多數星係中心的“巨獸”的行為提供瞭寶貴的綫索。照片由事件視界望遠鏡(EHT)閤作組織研究團隊,通過分布在全球的射電望遠鏡組網“拍攝”,由EHT團隊從SgrA*的2017年觀測數據所處理齣的眾多照片中提取齣共同特徵,組閤製作成一張銀河係中心超大質量黑洞SgrA*的最終照片。
這張我們銀河係中心超大質量黑洞SgrA*的首張照片, 是這個黑洞真實存在的首個直接視覺證據 。該照片由分布在地球上的八個射電望遠鏡組成的、一個等效於地球般大小的虛擬望遠鏡(即EHT)所捕獲。望遠鏡以事件視界(即光綫也無法逃脫的黑洞邊界)命名。
△M87星係中心超大質量黑洞(M87*)的圖像 | EventHorizonTelescopeCollaboration
科學傢之前已觀測到眾多的恒星圍繞著銀河係中心一個不可見的、緻密的和質量極大的天體作軌道運動。這已強烈暗示這個被稱作人馬座A*(SagittariusA*:SgrA*)的天體是一個黑洞,而今天發布的照片則提供瞭首個直接的視覺證據。
因為黑洞不發光,所以我們看不見黑洞自身,但繞轉的發光氣體給齣瞭其存在的信號:一個被亮環狀結構圍繞的暗弱中心區域(稱之為陰影)。照片上顯現齣的(射電)光都是由該黑洞的強大引力彎麯所緻, 這個黑洞的質量超過瞭太陽質量的四百萬倍 。
△偏振光下超大質量黑洞M87*的圖像 | EventHorizonTelescopeCollaboration
“我們驚嘆於 環的大小與愛因斯坦廣義相對論預測結果齣奇一緻 ,”來自天文與天體物理研究所的EHT項目科學傢GeoffreyBower說,“這些前所未有的觀測極大地提升瞭我們對銀河係中心所發生一切的認識,並為瞭解超大質量黑洞如何與周圍環境相互作用提供瞭全新視角”。EHT團隊的研究成果今天以特刊的形式發錶在《天體物理學雜誌通信》。
由於銀河係中心黑洞距離地球有二萬七韆光年之遙,因此它的大小看上去與從地球上看38萬韆米遠月亮上的“甜甜圈”大小差不多。為瞭給它拍這張照片,研究團隊創建瞭觀測利器EHT,由分布在全球六地的八個射電望遠鏡組成的一個猶如地球那麼大的虛擬望遠鏡。EHT對SgrA*開展瞭多個晚上的觀測,每次連續采集瞭好幾個小時的數據,就如同相機的長時間曝光。
△銀河係中心黑洞與M87中心黑洞的對比(中國科學院上海天文台供圖)
盡管我們銀河係中心的黑洞比M87*小瞭1500多倍,也輕瞭1500多倍,但兩個黑洞看起來格外相似。“它們來自兩種不同類型的星係,且具有極不相同的黑洞質量,但當我們聚焦在這些黑洞的邊緣時,它們看起來神奇的相似,”來自阿姆斯特丹大學的理論天體物理學傢、EHT科學委員會聯閤主席SeraMarkoff教授說,“這告訴我們靠近黑洞的物體完全受廣義相對論支配,我們在遠處所看到的不同錶象是由黑洞周圍物質的差異造成的”。
△X射綫下的人馬座A|NASA
雖然SgrA*離我們更近,但這項成果的得來卻比M87*艱難得多。來自斯圖爾德天文台、亞利桑那大學天文係和數據科學所的EHT科學傢Chi-kwanChan解釋道:“黑洞周圍的氣體均以幾乎接近光速繞著SgrA*和M87*高速鏇轉。氣體繞轉M87*一周需要幾天到數周時間,但對於相對小很多的SgrA*來說,幾分鍾內氣體即可繞轉一周。這意味著就在EHT觀測SgrA*之時,該超大質量黑洞周圍繞轉氣體的亮度和圖案也在時刻快速變化著。有點像給一隻正在追逐自己尾巴的小狗拍張清晰照片”。
△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。| 上海天文台
研究人員開發齣新的復雜的工具來考慮圍繞SgrA*的氣體運動。M87*這種穩定的,每時每刻圖像都差不多的目標成像相對容易,而SgrA*則要睏難得多。SgrA*的黑洞照片是研究團隊提取齣的不同照片平均後的效果,最終得以第一次將隱藏在我們銀河係中心的“巨獸”呈現齣來。這集結瞭來自全球80個研究機構共300多名研究人員組成的EHT閤作組織的奇思妙想纔得以實現。除瞭開發復雜的工具來剋服SgrA*成像麵臨的挑戰外,研究團隊花瞭五年時間,用超級計算機閤成和分析數據,海量計算瞭前所未有的黑洞模擬數據庫與觀測結果進行嚴格比對。
△銀河係中心黑洞的首張照片製作過程(EHT閤作組織提供)
上海天文台EHT閤作成員路如森說:“確實,對銀河係中心黑洞首次成像觀測的數據分析耗費瞭EHT閤作團隊的巨大心血。”另一位來自上海天文台的EHT閤作成員江悟補充道:“研究團隊遍曆瞭極大的成像參數空間,纔得以確定這張黑洞照片。”
科學傢對最終獲得兩個不同大小黑洞的照片尤其興奮,這為他們的對照研究提供瞭條件。他們已經開始用這些新的數據來檢驗超大質量黑洞周圍氣體行為的相關理論和模型。 目前這個過程尚不完全清楚但被認為對星係的形成和演化起瞭關鍵作用 。
△EHT閤作團隊將從SgrA*的2017年EHT觀測數據中提取的諸多照片組閤製作成一張銀河係中心超大質量黑洞SgrA*的最終照片。|EventHorizonTelescopeCollaboration
“現在我們能就這兩個超大質量黑洞的差異展開研究,以獲取對理解這個重要過程有價值的新綫索,”來自天文與天體物理研究所的EHT科學傢KeiichiAsada錶示。“我們已有瞭兩個質量相差1500倍以上的黑洞的照片,相比過去,我們將可以進一步更深入地檢驗極端環境下的引力”。
EHT並未停止觀測研究的腳步,就在今年3月份剛完成瞭有更多望遠鏡參與的聯閤觀測。EHT的持續擴展和技術革新將使得科學傢可以分享更引人注目的照片,包括在不久的將來的黑洞“電影”。
“拍攝這樣一部銀河係中心黑洞的‘電影’,是下一代EHT的追求。” 上海天文台的EHT閤作國內協調人瀋誌強說,“我們正在規劃建設中國的亞毫米波VLBI望遠鏡,以期參與到對SgrA*的24小時不間斷的接力觀測中。”
來源:東方網
記者:傅文婧
編輯:董俊成、小能手
審稿:錢程燦