繼第一張照片後，黑洞「電影」上映

2020-09-25 光明科普

由觀測數據和數學模型構建的一系列圖像顯示了M87星系中心黑洞從2009年到2017年的演化過程。圖片來源：EHT

據《自然》報導，去年揭開黑洞面紗的第一張歷史性圖像現在已經成了「電影」。一連串的短幀畫面顯示了黑洞周圍環境是如何隨著引力發生變化，將其周圍物質攪成漩渦的。

這些畫面顯示了一個不平衡的光團圍繞M87星系中心的超大質量黑洞旋轉。為獲得這些畫面，事件視界望遠鏡合作組織（EHT）利用觀測網絡挖掘了黑洞的舊數據，並將這些數據與基於第一張黑洞圖像的數學模型相結合，展示了8年來黑洞周圍環境是如何演變的。這項研究9月23日發表於《天體物理學雜誌》。

「落在黑洞上的物質流『洶湧』，我們可以看到光團隨著時間的推移而晃動。」美國哈佛大學射電天文學家、論文第一作者Maciek Wielgus說，「再過幾年，它可能真的看起來像一部電影。」

EHT2019年4月公布的圖片揭示了室女座星系團中超大質量星系M87中心的黑洞M87*，它距離地球5500萬光年。儘管有些模糊，但這張圖像揭示了一個環狀結構及其中心的暗弱區域（即黑洞陰影），使愛因斯坦的廣義相對論得到了首次實驗驗證。

圖片顯示，光環的一邊似乎比另一邊更亮。落入空隙的物質在黑洞赤道外高速旋轉，形成天體物理學家所說的吸積盤。在一定程度上，這種不平衡的光環與都卜勒效應有關：在朝向觀察者旋轉的一側，物質的運動增強了輻射，使其看起來更亮；相反的情況發生在另一側。

在上述結果的基礎上，Wielgus想回顧EHT望遠鏡的舊數據，看能否以2017年的照片為指導重新解釋它們。較早的數據包括2009年、2011年、2012年和2013年收集到的，其中兩批數據尚未公布。

Wielgus和其他EHT研究人員重新分析了這些數據，發現與2017年的結果一致，包括一個暗盤和一個亮環的存在。儘管2009年至2013年的數據沒有足夠的解析度來生成圖像，但通過將有限的可用數據與基於2017年數據建立的黑洞數學模型相結合，該團隊能夠生成每一年的合成圖像。

這些結果包含的信息比Wielgus預期的還要多。和2017年的照片一樣，他們發現光環的一邊比另一邊更亮，而且亮點在移動。

儘管M87*黑洞本身不會逐年發生變化，但其周圍環境會發生變化。在幾周的尺度上，強磁場會攪動吸積盤並產生更熱的斑點，然後繞黑洞運行。

2018年，另一個研究小組報告稱，有證據表明，有一團熱氣圍繞著銀河系中心的黑洞人馬座A*旋轉了約1小時。因為M87*的質量是太陽的65億倍，是人馬座A*的1000倍，所以M87*周圍的動力學需要更長的時間才能揭示。

EHT計劃在每年3月底或4月初觀測M87*和人馬座A*。該團隊還希望明年能首次使用短波長輻射進行全球觀測。雖然穿越地球大氣層更具有挑戰性，但這將提高EHT圖像的解析度。（文樂樂）

相關論文信息：https://doi.org/10.3847/1538-4357/abac0d

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