「拍」到首張銀河系中心黑洞照片,有多難?

科技日報記者 陸成寬

繼2019年人類歷史首張黑洞照片發佈後,又一張黑洞靚照來了!日期:5月12日21時07分,銀河系中心黑洞人馬座A*(Sgr A*)的首張照片在中科院上海天文台揭開了面紗。

全球其他5個城市(比利時布魯塞爾、智利聖地亞哥、中華台北、日本東京、美國華盛頓)也都與上海同步公佈了這張令天文學家興奮的照片。

《天體物理學雜誌通信》於5月12日以特刊的形式,通過10篇論文發表了有關黑洞照片的這一重大結果。這個黑洞距離地球有二萬七千光年之遙,質量超過了太陽質量的四百萬倍。

銀河系中心黑洞的首張照片。EHT合作組織供圖

Sgr A*是黑洞有了「實錘」

這張黑洞照片是由「事件視界望遠鏡(EHT)」項目組織實施獲得的。EHT把地球上的8台射電望遠鏡組合起來,形成了一個口徑如地球大小的「虛擬」望遠鏡,為科學家們提供了研究宇宙中最極端天體的新手段。

黑洞是一種密度極大的天體,具有非常強的引力,在它周圍的一定區域內,連光也無法逃逸出去,這一區域的最大邊界被稱為「事件視界」。實際上,EHT觀測的就是黑洞的「事件視界」。

科學家之前已觀測到眾多的恆星圍繞著銀河系中心一個不可見的、緻密的且質量極大的天體運動。今天發佈的照片就給出了該天體就是黑洞的實證,為理解這種被認為居於大多數星系中心的「巨獸」的行為提供了寶貴的線索。

因為距離地球實在太遠,這個黑洞的大小看上去與從地球上看38萬千米遠月亮上的甜甜圈大小差不多。為了給它拍這張照片,EHT對Sgr A*開展了多次夜間的觀測,每次連續採集好幾個小時的數據,如同相機的長時間曝光。

這是EHT合作組織繼2019年發佈人類第一張黑洞照片,捕獲了位於更遙遠星系M87中央黑洞(M87*)之後的又一重大突破。

儘管M87*比我們銀河系中心的黑洞大1500多倍,也重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系,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,它們看起來神奇地相似。」來自阿姆斯特丹大學的理論天體物理學家、EHT科學委員會聯合主席Sera Markoff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表象是由黑洞周圍物質的差異造成的。」

比人類首張黑洞照片更難「拍」

儘管Sgr A*離我們更近,這張照片「拍起來」要比人類首張黑洞照片艱難得多。

來自斯圖爾德天文台、亞利桑那大學天文系和數據科學所的EHT科學家Chi-kwan Chan解釋道:「黑洞周圍的氣體均以幾乎接近光速繞著Sgr A*和M87*高速旋轉。氣體繞轉M87*一周需要幾天到數周時間,但對相對小很多的Sgr A*來說,幾分鐘內氣體即可繞轉一周。這意味著在EHT觀測Sgr A*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。」

銀河系中心黑洞的首張照片是這樣做成的。EHT合作組織供圖

來自中科院上海天文台的EHT合作成員路如森說:「確實,對銀河系中心黑洞首次成像觀測的數據分析耗費了EHT合作團隊的巨大心血。」另一位來自上海天文台的EHT合作成員江悟補充道:「研究團隊遍歷了極大的成像參數空間,才得以確定這張黑洞照片。」

科學家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了條件。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。

未來EHT的觀測研究的腳步不會停止,科學家的野心是在不久的將來拍攝一部黑洞「電 影」。

「拍攝一部銀河系中心黑洞的『電 影』,是下一代EHT的追求。」來自中科院上海天文台的EHT合作國內協調人沈志強說,「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Sgr A*的24小時不間斷的接力觀測中。」

本期資深編輯 邢潭

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