科學家發布黑洞動態影像，光環隨時間晃動，本質上它是在「進食」

2020-09-27 八兩科學

　　在2019年，人類對已知的最神秘的宇宙天體有了第一印象。時隔一年後，「事件視界望遠鏡」（EHT）科學團隊通過研究過去觀測的數據發現，M87 黑洞周圍的發光環正隨著時間推移在明顯「晃動」。而這個「晃動」從本質上講，是氣體和物質緩緩螺旋式落入黑洞並在過程中相互摩擦、碰撞的結果。簡單來說，M87 黑洞在進食。

　　據悉，EHT團隊在2009年就開始對M87 黑洞進行觀測，當時只有亞利桑那州、夏威夷和加利福尼亞州共3個地面望遠鏡。隨後在2013年，智利一個天文臺加入進來。但是直到2017年，EHT團隊的望遠鏡擴展至全球後，才有能力創建完整的黑洞圖像。後來團隊對2017年的觀測數據有更大的興趣，所以團隊用了2年時間「洗」出了人類歷史上第一張黑洞照片。

　　M87 黑洞距離我們5500萬光年、室女座星系團的超大質量黑洞，其質量是太陽的66億倍。可能有人會想，宇宙中那麼多黑洞，為啥選了距離這麼遠的M87 黑洞作為觀測目標，銀河系不是也有一個超大質量黑洞人馬座A* 麼？其實原因很簡單，M87 夠具個性，而且非常地活躍。比它大的太遠，比它近的不夠大，唯有M87剛剛好。

　　從發表於《天體物理學雜誌》上的研究報告顯示，EHT團隊成員、哈佛大學的天文學家維爾古斯（Maciek Wielgus）等人重新整理分析了2009～2017年的觀測數據製成新圖像，然後和第一張黑洞照片進行比較，確認了M87 黑洞事件視界（event horizon）的陰影直徑與愛因斯坦廣義相對論的預測結果一致，多年維持不變。而那些被吸引物質在落入黑洞前，會在黑洞周圍堆積成盤狀繞行黑洞，形成吸積盤（accretion disk），其中發亮區域一側比另一側更亮的外觀，則是由都卜勒效應造成。

　　維爾古斯表示：「在2019年，我們第一次看到了黑洞的陰影，但我們只看到了一個星期觀察到的圖像，這太短了，看不到很多變化。」

　　但從2009至2017年的數據生成的圖像來看，發現黑洞周圍隨著時間發生明顯變化，而且其速率是以前的模型所沒有預測到的。比如光環左側在2011年最亮，2013年最暗；2012年時光環最亮的位置一會出現在上方、一會出現在下方等。對於科學家來說，這種光環「晃動」是個好消息，讓科學家第一次看到接近黑洞事件視界的吸積盤動力學結構，看到氣體物質在磁場強度、旋轉速度、傾斜度不同的條件產生不同的變化。

　　維爾古斯補充表示，了解黑洞吸積盤附近的物質間相互作用，對物理學發展來說至關重要。要知道，在沒有EHT之前，黑洞只是存在於相對論的觀念裡，是一個理論上算出來的東西。我們只能從單個像素的圖片亮度看到其變化，但並不知道它究竟發生了什麼。而團隊下一步計劃分析從2018年開始的觀測數據，並在2021年新增2個天文臺進行進一步觀測，屆時我們將更接近黑洞陰影，獲得更清晰的圖像。

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