銀河系中心黑洞的首張照片面世

北京時(shí)間2022年5月12日晚9時(shí)許，包括中國在內(nèi)的全球多地天文學(xué)家同步公布了這個(gè)超大質(zhì)量黑洞——人馬座 A* (Sgr A*)的照片。相關(guān)研究成果以特刊形式發(fā)表在《天體物理學(xué)雜志通訊》上。

這是人類“看見”的第二個(gè)黑洞，也是銀河系中心超大質(zhì)量黑洞真實(shí)存在的首個(gè)直接視覺證據(jù)。這個(gè)超大質(zhì)量黑洞距離太陽系約2.7萬光年，質(zhì)量超過太陽質(zhì)量的400萬倍。

這張銀河系中心黑洞的照片，與人類看到的第一張黑洞照片拍攝者和拍攝時(shí)間均相同，都是由“事件視界望遠(yuǎn)鏡”(EHT)合作組織，2017年通過分布在地球上8個(gè)射電望遠(yuǎn)鏡組成的、一個(gè)等效于地球般口徑大小的“虛擬望遠(yuǎn)鏡”所拍攝。

2019年4月10日，EHT合作組織發(fā)布了人類歷史上第一張黑洞照片。人類首次“看見”的那個(gè)黑洞，位于室女座一個(gè)巨橢圓星系M87中心，距離地球5 500萬光年，質(zhì)量是太陽的65億倍。

比較這兩張黑洞照片，有什么異同？

上海天文臺(tái)副研究員江悟說：“盡管銀河系中心黑洞比M87黑洞小了1 500多倍，也輕了1 500多倍，但這兩種不同類型星系的黑洞看起來很相似。尤其是當(dāng)我們聚焦在這些黑洞的邊緣時(shí)，看起來更是神奇地相似。這告訴我們，靠近黑洞的物體完全受廣義相對(duì)論支配，我們?cè)谶h(yuǎn)處所看到的不同表象，是由黑洞周圍物質(zhì)的差異所造成。”

上海天文臺(tái)研究員路如森說：“通過分析這兩張黑洞照片，我們驚嘆于環(huán)的大小與愛因斯坦廣義相對(duì)論預(yù)測(cè)結(jié)果，出奇地一致。這些前所未有的觀測(cè)，極大地提升了我們對(duì)銀河系中心的認(rèn)識(shí)，并為了解超大質(zhì)量黑洞如何與周圍環(huán)境相互作用，提供了全新視角?！?/p>

為什么銀河系中心黑洞距離地球更近，照片卻比遙遠(yuǎn)的M87黑洞“沖洗”出來晚了3年？

上海天文臺(tái)臺(tái)長、EHT合作組織國內(nèi)協(xié)調(diào)人沈志強(qiáng)研究員解釋說，這是因?yàn)楹诙粗車臍怏w，均以幾乎接近光速繞著這兩個(gè)黑洞高速旋轉(zhuǎn)。氣體繞轉(zhuǎn)M87黑洞一周需要幾天到數(shù)周時(shí)間，但對(duì)于相對(duì)小很多的銀河系中心黑洞來說，幾分鐘內(nèi)氣體即可繞轉(zhuǎn)一周。這意味著就在EHT觀測(cè)之時(shí)，銀河系中心黑洞周圍繞轉(zhuǎn)氣體的亮度和圖案，也在更快速地變化著，因此“沖洗”處理更難。

EHT研究團(tuán)隊(duì)花了5年時(shí)間，用超級(jí)計(jì)算機(jī)合成和分析數(shù)據(jù)，編纂了前所未有的黑洞模擬數(shù)據(jù)庫，與觀測(cè)結(jié)果進(jìn)行嚴(yán)格比對(duì)，并提取出不同照片平均后的效果，最終得以將銀河系中心這個(gè)超大質(zhì)量黑洞的“真實(shí)容貌”，第一次呈現(xiàn)出來。

上海天文臺(tái)天馬望遠(yuǎn)鏡是東亞VLBI觀測(cè)網(wǎng)的重要臺(tái)站。在2017年EHT全球聯(lián)合多波段觀測(cè)期間，天馬望遠(yuǎn)鏡先后17次參加對(duì)這兩個(gè)黑洞的協(xié)同觀測(cè)，顯著提高了東亞VLBI網(wǎng)的觀測(cè)靈敏度，在微弱信號(hào)探測(cè)方面發(fā)揮作用。上海天文臺(tái)牽頭組織協(xié)調(diào)國內(nèi)學(xué)者參與此次銀河系中心黑洞EHT項(xiàng)目合作。

“拍攝一部銀河系中心黑洞的‘電影’，是下一代EHT的追求。我們正在規(guī)劃建設(shè)中國的亞毫米波VLBI望遠(yuǎn)鏡，以期參與到對(duì)銀河系中心黑洞的24小時(shí)不間斷的接力觀測(cè)中?！鄙蛑緩?qiáng)說。