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2017年，事件視界望遠(yuǎn)鏡曾成功拍攝到M87黑洞的照片——它看起來像是一個(gè)“甜甜圈”。由中國(guó)科學(xué)院上海天文臺(tái)研究員路如森領(lǐng)導(dǎo)的國(guó)際研究團(tuán)隊(duì)，利用在毫米波段開展的新觀測(cè)，首次對(duì)射電星系M87的黑洞陰影，及其周圍顯示落入中央黑洞的物質(zhì)的環(huán)狀結(jié)構(gòu)和強(qiáng)大的相對(duì)論性噴流一同進(jìn)行了成像。圖像首次表明了中央超大質(zhì)量黑洞附近的吸積流與噴流起源之間的聯(lián)系。4月26日，相關(guān)成果對(duì)外公布，并發(fā)表在新一期出版的《自然》雜志。

（圖：M87在3.5毫米波長(zhǎng)所觀測(cè)到的圖像，其致密的核心首次在該波段被分解并在高分辨率條件下呈現(xiàn)為環(huán)狀結(jié)構(gòu)（內(nèi)嵌圖）。[圖源：R.-S.Lu(SHAO),E.Ros(MPIfR),andS.Dagnello(NRAO/AUI/NSF)]）

通常認(rèn)為，黑洞周圍的物質(zhì)是通過吸積的過程中落入黑洞的，但科學(xué)家從未直接對(duì)它進(jìn)行過成像。本次觀測(cè)由全球毫米波甚長(zhǎng)基線干涉測(cè)量陣列（GMVA）聯(lián)合阿塔卡馬大型毫米/亞毫米陣列（ALMA）和格陵蘭望遠(yuǎn)鏡（GLT）進(jìn)行。兩個(gè)觀測(cè)臺(tái)站的加入，大大增強(qiáng)了全球毫米波甚長(zhǎng)基線干涉測(cè)量陣列的成像能力，首次在3.5毫米波長(zhǎng)對(duì)M87黑洞周圍的環(huán)狀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了成像。

“以前我們?cè)趩为?dú)的圖像中分別看到過黑洞和噴流，這次，我們?cè)谛虏ǘ闻臄z了黑洞和噴流的全景圖?！甭啡缟f?！拔覀冎翱吹降沫h(huán)狀結(jié)構(gòu)，在3.5毫米波長(zhǎng)變得更大、更厚。這表明，在新的圖像中可以看到落入黑洞的物質(zhì)產(chǎn)生了額外的輻射，讓我們更全面地了解黑洞周圍的物理過程?！?

全球毫米波甚長(zhǎng)基線干涉測(cè)量陣列測(cè)得的環(huán)狀結(jié)構(gòu)的直徑為64微角秒，相當(dāng)于月球上的宇航員回望地球時(shí)，看到一個(gè)直徑13厘米的環(huán)形補(bǔ)光燈。這比此前事件視界望遠(yuǎn)鏡在1.3毫米觀測(cè)中所看到的環(huán)狀結(jié)構(gòu)要大50%，符合對(duì)該區(qū)域相對(duì)論等離子體輻射的預(yù)期。

來自M87的射電輻射是由高能電子和磁場(chǎng)的相互作用產(chǎn)生的，這種現(xiàn)象被稱為同步輻射。在3.5毫米波長(zhǎng)，新的觀測(cè)結(jié)果揭示了有關(guān)這些電子的位置和能量的更多細(xì)節(jié)。觀測(cè)還發(fā)現(xiàn)，黑洞并不是“很餓”——它消耗物質(zhì)的速度很低，只將其中一小部分轉(zhuǎn)化為輻射?？蒲袌F(tuán)隊(duì)表示，通過計(jì)算機(jī)模擬測(cè)試，他們得出結(jié)論，亮環(huán)的較大范圍與吸積流有關(guān)。

來自日本國(guó)立天文臺(tái)的研究者表示，“在數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)了一些令人驚訝的事情。”在靠近黑洞的內(nèi)部區(qū)域，輻射的寬度比預(yù)期要寬。這可能意味著黑洞周圍不僅僅有氣體落入，也可能有一股“風(fēng)”吹出來，造成黑洞周圍的湍流和混亂。

進(jìn)一步的觀測(cè)和強(qiáng)大的望遠(yuǎn)鏡陣列，將繼續(xù)揭開M87的神秘面紗。未來，毫米波觀測(cè)將研究M87黑洞的時(shí)間演變，并將結(jié)合不同顏色的“射電光”圖像，獲得M87中心黑洞區(qū)域的多色視圖。

中科院上海天文臺(tái)臺(tái)長(zhǎng)沈志強(qiáng)表示，此次展現(xiàn)的3.5毫米波長(zhǎng)圖像，代表了當(dāng)前的最新成就。但為了揭示M87中央超大質(zhì)量黑洞及其相對(duì)論性噴流的形成、加速、準(zhǔn)直傳播的物理機(jī)制之謎，還需要拍攝更多色的高質(zhì)量圖像，包括在0.8毫米或更短的亞毫米波波長(zhǎng)的黑洞照片，以及長(zhǎng)至7.0毫米波長(zhǎng)的黑洞和噴流的全景圖像，“未來非常令人期待！”

（記者 劉蘇雅）