M87的多波段觀測結(jié)果，天馬射電望遠(yuǎn)鏡參加EVN的170毫米和EAVN的13毫米及7毫米觀測。圖片來源：EHT合作組織多波段工作組

2019年4月，科學(xué)家發(fā)布了有史以來第一張黑洞照片。這是事件視界望遠(yuǎn)鏡（EHT）于2017年4月對M87星系中央超大質(zhì)量黑洞觀測獲得的。在EHT對M87的觀測期間，全球科學(xué)家通過協(xié)調(diào)地面和空間最先進(jìn)的望遠(yuǎn)鏡，同步收集了整個電磁波譜范圍內(nèi)的輻射。

這是迄今為止對超大質(zhì)量黑洞及其噴流頻率覆蓋最廣的同步觀測。

4月14日，這一多波段同步觀測結(jié)果正式公布。相關(guān)研究成果發(fā)表于《天體物理學(xué)雜志通訊》。

19臺望遠(yuǎn)鏡（陣）多波段同步觀測

“第一張黑洞照片是開創(chuàng)性的，但充分理解這張非凡的照片，需要通過觀測整個電磁波譜來了解當(dāng)時有關(guān)黑洞活動的一切信息?！比毡緡⑻煳呐_的Kazuhiro Hada說。

超大質(zhì)量黑洞的巨大引力驅(qū)動強(qiáng)大的噴流，并使其以接近光速的速度傳播到很遠(yuǎn)的距離。M87噴流的輻射覆蓋從無線電波到可見光再到伽馬射線的整個電磁波譜。對每個黑洞而言，其在各電磁波段的輻射特征各不相同。通過收集這些輻射的“指紋”，可以加深人們對黑洞性質(zhì)的了解，如自旋和能量輸出。

來自32個國家和地區(qū)近200家科研機(jī)構(gòu)的760名科學(xué)家、工程師組成團(tuán)隊，使用19臺望遠(yuǎn)鏡（陣）匯集了2017年3月底至4月中旬的觀測數(shù)據(jù)。針對距離地球約5500萬光年的M87超大質(zhì)量黑洞，每臺望遠(yuǎn)鏡都提供了有關(guān)其物理行為和影響的獨(dú)特信息。

結(jié)果表明，當(dāng)時，M87超大質(zhì)量黑洞周圍物質(zhì)產(chǎn)生的輻射強(qiáng)度處于有觀測記錄以來的最低水平。這為看黑洞的“陰影”提供了理想條件，同時便于區(qū)分接近事件視界的區(qū)域和離黑洞數(shù)萬光年尺度以外的輻射。

有助于解決最具挑戰(zhàn)性問題

除了有助于充分理解黑洞的首張照片，這一“數(shù)據(jù)寶庫”還將極大加深對黑洞中央引擎及其系統(tǒng)的理解，有助于解決最重要、最具挑戰(zhàn)性的天體物理學(xué)領(lǐng)域問題。例如，科學(xué)家計劃使用這些數(shù)據(jù)改進(jìn)對愛因斯坦廣義相對論的檢驗。

“目前，因為還不完全確定圍繞黑洞旋轉(zhuǎn)以及被加速形成相對論性噴流中的粒子組成，尤其是它們的輻射特性，對M87進(jìn)行此類檢驗仍需要更全面的觀測數(shù)據(jù)。”中國科學(xué)院上海天文臺副研究員江悟說。

新數(shù)據(jù)還有助于解決宇宙線起源相關(guān)問題。宇宙線是不斷轟擊地球的高能粒子，它們的能量比地球上最強(qiáng)大的人工加速器大型強(qiáng)子對撞機(jī)產(chǎn)生的能量高100萬倍。

最高能波段的伽馬射線可以用于精確定位粒子加速區(qū)域。新數(shù)據(jù)表明，至少在2017年，這些伽馬射線不是在事件視界附近產(chǎn)生的。

“粒子的加速機(jī)制是我們理解黑洞照片和噴流的關(guān)鍵。噴流運(yùn)送黑洞釋放的能量，就像一根巨大的能量傳送帶。我們的數(shù)據(jù)將幫助估算其攜帶的能量以及黑洞噴流對環(huán)境的反饋?！焙商m阿姆斯特丹大學(xué)的Sera Markoff說。

中國貢獻(xiàn)：歐洲VLBI網(wǎng)中最高分辨率基線

一系列卓越成就的取得是全球科學(xué)家合作的結(jié)果。這支國際科研隊伍中，有中國科研人員活躍的身影。

據(jù)了解，當(dāng)時中國科學(xué)院上海天文臺牽頭組織協(xié)調(diào)包括8位臺內(nèi)研究人員在內(nèi)的國內(nèi)學(xué)者參與了EHT合作，而天馬望遠(yuǎn)鏡（上海65米射電望遠(yuǎn)鏡）參與了2個望遠(yuǎn)鏡陣、3個波段的同步觀測。

具體來說，天馬射電望遠(yuǎn)鏡參與了2017年5月9日的歐洲VLBI網(wǎng)（EVN）170毫米觀測，并貢獻(xiàn)了最高分辨率基線。同時，作為東亞地區(qū)靈敏度最高的長毫米波射電望遠(yuǎn)鏡，天馬望遠(yuǎn)鏡全程參與了2017年3月至5月間東亞VLBI網(wǎng)（EAVN）在13毫米和7毫米共14次對M87的EHT協(xié)同觀測。這是國內(nèi)射電望遠(yuǎn)鏡在7毫米工作波長首次成功參加國際VLBI聯(lián)合觀測。

“天馬射電望遠(yuǎn)鏡有效接收面積大于其他毫米波VLBI臺站的總和，使東亞VLBI網(wǎng)成圖質(zhì)量提高50%。”EHT國內(nèi)牽頭人、中國科學(xué)院上海天文臺研究員沈志強(qiáng)告訴《中國科學(xué)報》。

本月上旬，天文學(xué)家再次用6天時間對M87、銀河系中心超大質(zhì)量黑洞（Sgr A*）以及另外若干遙遠(yuǎn)黑洞開展EHT觀測。這是自2018年以來的首次EHT觀測。

耶魯大學(xué)的Mislav Balokovic說：“隨著此次數(shù)據(jù)的發(fā)布、EHT觀測恢復(fù)和EHT陣列性能提升，許多令人興奮的新結(jié)果將露出端倪?！?/p>

“今年天馬望遠(yuǎn)鏡參與的EAVN聯(lián)測目前正在進(jìn)行中。”中國科學(xué)院上海天文臺研究員劉慶會透露，“未來，天馬望遠(yuǎn)鏡還將積極參與到這類國際合作中，對包括M87在內(nèi)的更多黑洞天體進(jìn)行監(jiān)測?！?/p>

相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.3847/2041-8213/abef71


關(guān)注【深圳科普】微信公眾號，在對話框：
回復(fù)【最新活動】，了解近期科普活動
回復(fù)【科普行】，了解最新深圳科普行活動
回復(fù)【研學(xué)營】，了解最新科普研學(xué)營
回復(fù)【科普課堂】，了解最新科普課堂
回復(fù)【科普書籍】，了解最新科普書籍
回復(fù)【團(tuán)體定制】，了解最新團(tuán)體定制活動
回復(fù)【科普基地】，了解深圳科普基地詳情
回復(fù)【觀鳥知識】，學(xué)習(xí)觀鳥相關(guān)科普知識
回復(fù)【博物學(xué)院】，了解更多博物學(xué)院活動詳情
?