我一直在搖擺——M87黑洞「光環」行為藝術鑑賞

作者：Mike Wall

翻譯：王茸

校對：楊伯順 王婧彧 張硯斌 張宇辰

審閱：牧夫天文校對組

美編：徐坤

後臺：庫特莉亞芙卡 李子琦 徐坤

事件視界望遠鏡 (The Event Horizon Telescope，簡稱EHT)，藉助分布於世界多地的8處地面射電望遠鏡聯合觀測，口徑等效於地球直徑，才捕捉到這張劃時代的M87星系中心的超大質量黑洞及其陰影的圖像。

Credit: EHT Collaboration

首張黑洞照片正在向我們傾訴更多秘密

2019年4月，EHT項目的科學家們公布了這張史詩級的照片，照片主角就是潛伏在M87中心超大質量黑洞，它距離我們大約5300萬光年。

M87中心超大質量黑洞的剪影在照片中依稀可見，這個巨大的黑洞質量約是太陽的65億倍。從外部意圖窺見黑洞內部是不可能的，黑洞的貪婪足以吞噬一切，就算是光也無法逃逸。光不能逃逸的這個臨界範圍，便是黑洞的事件視界。

陰影周邊的那圈光亮，來自高速過熱氣體輻射，他們在M87中心超大質量黑洞周圍盤旋，難逃被吞沒的命運。圖像中，下半圈的月牙環更為明亮。

圖像中的M87中心黑洞是一張快照，由EHT在2017年4月拍攝。在最新的研究中，EHT團隊回顧了過去十多年間的數據，研究了M87中心超大質量黑洞的行為規律。

EHT結合了來自世界各地的數據，打造了觀測口徑等效於地球直徑的虛擬望遠鏡。2017年該項目瓜熟蒂落，分布於世界六地的八處望遠鏡於當年4月觀測到了M87中心超大質量黑洞。但EHT團隊在此之前就已經開始研究這個超大質量黑洞，而那時望遠鏡們還在向著實現「火力全開」而努力。

新瓶裝老酒。本次研究回顧了2009至2012年（那時，EHT聯合了3處望遠鏡）以及2013年（新增1處望遠鏡）的觀測數據。早期信息太少，無法獲得圖像。但在新近的研究中， 科學家們已經可以利用統計模型歸納出M87中心超大質量黑洞的主要特徵和周圍狀況。

舉個例子，研究團隊發現M87中心超大質量黑洞的剪影大小在過去十年一直保持穩定，這也與愛因斯坦廣義相對論中關於大質量黑洞的判斷一致。

合作者Kazu Akiyama 是一名在麻省理工學院赫斯塔克天文臺（Massachusetts Institute of Technology's Haystack Observatory）工作的科學家，評論說：「這次研究中，我們展示了這個非對稱環的普通形態，這種形態很有可能已經持續了一些年。這是對理論假設的一次重要證明，因為多個觀察期內的穩定性讓我們對M87中心超大質量黑洞以及其陰影的來源研究抱有更大的信心。」

但並非一切都未曾改變。其實，最新發表在天體物理學報（The Astrophysical Journal）的分析文章就告訴我們，隨著時間的推移，M87中心超大質量黑洞的光環存在非常明顯的晃動。這個結果讓EHT團隊也吃了一驚。

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「事實上，我們看到了那裡發生了許多變化，但不是所有關於黑洞吸積的理論模型都能解釋這麼多的』搖擺』。這意味著我們可以開始排除一些基於動態觀測源建立的模型了。」 第一作者Maciek Wielgus這樣解釋了觀測結果，他也是哈佛-史密松天體物理中心（Harvard & Smithsonian Center for Astrophysics）的天文學家。

上圖為通過成像/幾何模擬所獲得的M87中心超大質量黑洞的圖像，觀測數據來源為2009-2017年EHT聯合射電望遠鏡。從圖中可以看出，所有環的直徑都類似，但是亮面的位置在改變。

Credit: M. Wielgus, D. Pesce & the EHT Collaboration

研究成員們評價說，這些最新的研究結果為天文學家們提供了史無前例的角度來觀察黑洞的動態變化，這使得科學家們可以用前所未有的方法去檢驗廣義相對論。

Sheperd Doeleman是EHT項目的發起負責人，也在哈佛大學以及哈佛-史密松天體物理中心（Harvard & Smithsonian Center for Astrophysics）任職。他在公告中介紹道：「這些早期的EHT 實驗為我們提供了進行長期觀測的寶貴資料，即便是如今擁有優秀成像能力的EHT也望塵莫及。」

Doeleman解釋道：「2009年，我們第一次測量M87中心超大質量黑洞的大小時，也沒能預料到對黑洞動態的驚鴻一瞥。想要看到黑洞在十年間的進化演變，只能依靠收集十年的數據，別無他法。」

目前的EHT計劃將繼續研究M87中心超大質量黑洞以及銀河系中心超大質量黑洞，也就是人馬座A*（Sagittarius A*）。人馬座A*的質量相當於太陽質量的430萬倍。項目只能在多個觀測地點的天氣共同允許的條件下觀測，這意味著只能在三月和四月的短暫窗口期收集數據。

受新冠疫情的影響，一些參與EHT計劃的望遠鏡已經關閉，因此，EHT的2020年觀測計劃被迫取消。但EHT團隊將在2021年強勢回歸，並且加強為由11架望遠鏡組成的陣列。

有更多的信息亟待分析，其中就包括那些在2018年觀測期內收集的數據。而對這些數據的整合，歸併和分析仍然需要相當長的時間。

Geoffrey Bower 是EHT項目科學家，同時也是夏威夷大學希洛分校天文學與天體物理學系（Academia Sinica Institute of Astronomy and Astrophysics in Hilo, Hawaii）的研究學者，他在此篇說明中也評論道：「這絕對是一次研究黑洞的興奮時刻！」

參考文獻：

https://www.space.com/m87-black-hole-wobble-event-horizon-telescope

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牧夫新媒體編輯部

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天上有個黑洞誒~湖裡還有一個

.....好吧那是日全食和倒影

圖片版權: Thierry Legault

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