本次拍到的M87黑洞及噴流同框“全景圖”，也即在3.5毫米波長所觀測到的圖像。 中科院上海天文臺 供圖
北京4月27日 (記者 孫自法 鄭瑩瑩)繼4年多前人類首張黑洞照片——“特寫”版“甜甜圈”發(fā)布之后，中國天文學(xué)家領(lǐng)銜國際團(tuán)隊最新完成“拍攝”“沖洗”的黑洞陰影和噴流同框“全景”版圖片及相關(guān)研究論文，北京時間4月26日夜間在國際頂級學(xué)術(shù)期刊《自然》在線發(fā)表。
至此，神秘黑洞的“特寫”“全景”圖相繼成像面世，那么，關(guān)于黑洞起源形成之謎已真相大白了嗎？參與黑洞“特寫”和領(lǐng)導(dǎo)黑洞“全景”成像工作的中國科學(xué)院上海天文臺研究團(tuán)隊回應(yīng)稱，目前研究只是揭開黑洞的冰山一角，黑洞如何形成仍是未解之謎。
圍繞本次對室女座星系團(tuán)中超大質(zhì)量星系M87中心黑洞“全景”成像及研究成果，中科院上海天文臺團(tuán)隊進(jìn)行科普解讀說，M87黑洞距離地球約5500萬光年，重約65億倍太陽質(zhì)量，估算其直徑約為400億公里(作為對比，冥王星與太陽的距離是58億公里)。
事件視界望遠(yuǎn)鏡(EHT)2017年以口徑等效于地球直徑的射電望遠(yuǎn)鏡，成功拍攝到M87黑洞照片并于2019年向全球發(fā)布，這一人類歷史上首張黑洞照片顯示M87黑洞長得像個“甜甜圈”，外面一圈亮環(huán)，圍繞著中間的陰影。
M87黑洞藝術(shù)想象圖。 中科院上海天文臺 供圖
本次觀測則首次將M87黑洞的陰影及其周圍吸積流和強大相對論噴流同框出現(xiàn)在一張照片之中，在3.5毫米波段觀測到的M87黑洞圖像也呈現(xiàn)“甜甜圈”形態(tài)，比此前EHT在1.3毫米波段觀測到的“甜甜圈”大了近50%，并且看到從“甜甜圈”向遠(yuǎn)處延展的“尾巴”，它是黑洞的噴流。
傳統(tǒng)觀點認(rèn)為，地球上的望遠(yuǎn)鏡在3.5毫米波段不會看到“甜甜圈”，不過，本次觀測確實看到一個比之前認(rèn)為的要更大的“甜甜圈”，它來自于黑洞周圍的吸積流。
天文學(xué)家為什么要給M87黑洞拍照？拍照用到的關(guān)鍵技術(shù)有哪些？中科院上海天文臺團(tuán)隊介紹說，M87黑洞距離地球5500萬光年，且質(zhì)量非?？捎^(65億倍太陽質(zhì)量)，這使得它在天空平面上看起來非常大，是非常適合拍照研究的對象。同時，M87星系又有著明亮的長達(dá)5000光年的噴流，而M87黑洞正是噴流的源頭。因此，給M87黑洞拍照可幫助天文學(xué)家理解黑洞附近的環(huán)境，觀察黑洞周圍的物質(zhì)如何繞轉(zhuǎn)、掉進(jìn)黑洞或被噴出，進(jìn)而研究黑洞和噴流的關(guān)系。
本次及之前EHT拍攝黑洞照片所用到的關(guān)鍵技術(shù)都是甚長基線干涉測量(VLBI)技術(shù)，該技術(shù)可將分布全球各地的望遠(yuǎn)鏡組合起來，組成分辨率遠(yuǎn)超單個望遠(yuǎn)鏡的超級望遠(yuǎn)鏡。總體而言，越多望遠(yuǎn)鏡參與，望遠(yuǎn)鏡在地球上分布越均勻，拍攝效果越好。這次觀測就依靠VLBI技術(shù)將全球16臺望遠(yuǎn)鏡組合起來，才成功拍攝到M87黑洞前所未有的“全景”清晰圖像。
至于此次觀測研究能否揭示M87黑洞如何形成的問題，中科院上海天文臺團(tuán)隊強調(diào)指出，目前，他們認(rèn)為恒星質(zhì)量級的黑洞是由大質(zhì)量恒星演化晚期坍縮形成，但星系中央的超大質(zhì)量黑洞是如何形成的，仍是未解之謎。M87黑洞已演化到穩(wěn)定階段，科學(xué)家們利用EHT觀測及其他多波段觀測數(shù)據(jù)得到的諸多限制來研究黑洞及其周圍環(huán)境的現(xiàn)狀，但尚無法回答黑洞形成階段的問題。
首次實現(xiàn)黑洞和噴流同框成像，是這次M87黑洞觀測研究最重要的成果，兩者有何關(guān)系？該團(tuán)隊表示，理論物理學(xué)家認(rèn)為，黑洞不僅在“吃”(吸積物質(zhì))，同時也在“吐”(外流)，如果“吐”出的物質(zhì)速度快、方向性好，自然就形成所觀測到的噴流?！暗枰f明的是，理論物理學(xué)家至今也沒能夠非常明確地解釋好黑洞與噴流的關(guān)系，觀測工作也正在一步步試圖解開這個謎團(tuán)”。
針對公眾關(guān)心的最靠近地球的黑洞在哪里、黑洞會不會影響地球等話題，中科院上海天文臺團(tuán)隊說，目前所知最靠近人類的黑洞是距離地球3000光年的麒麟座V616，其質(zhì)量是太陽質(zhì)量的11倍，與一顆K型星(0.5倍太陽質(zhì)量)組成雙星系統(tǒng)，軌道周期近8小時。
他們指出，黑洞的影響范圍與黑洞的質(zhì)量成正比：質(zhì)量越大，影響范圍越大，對時空的扭曲程度越厲害。星系中心的超大質(zhì)量黑洞離地球非常遙遠(yuǎn)，不會對地球造成影響，目前也沒有證據(jù)表明地球附近存在小質(zhì)量黑洞，因此不用擔(dān)心黑洞會對地球造成影響。但是，研究黑洞可以讓人們深入了解空間和時間的本質(zhì)。(完)
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