天文科学

惊鸿一瞥——首张银河系中心黑洞的照片发布

在对银河系正中心的这个巨大物体的观测下,人们终于得到了一个期待已久的图像。以前科学家就已经观测到,有行星环绕着一个看不见的物体运行,它位于银河中心,质密且质量巨大。这个物体——即人马座 A*( Sgr A* ),在今天首次被图像直接地证明是一个黑洞。

银河系中心的黑洞照片

银河系中心的黑洞照片

尽管我们看不见黑洞本身,因为它是完全黑暗的,周围还有炽热的气体。这种气体展现了黑洞鲜明的特征——它有一个黑暗的中心区域(也叫做“阴影”),被一个明亮的环形结构包围。但是新的图像还是捕捉到了光。光线被相当于太阳的四百万倍的巨大引力扭曲了。

“我们被这样的环震惊了,它完美符合爱因斯坦的广义相对论。”事件视界望远镜项目的科学家 Geoffrey Bower 说,他来自台北的天文及天体物理研究所。“这些大规模的的观测极大地提升了我们对银河系中心发生的事情的理解,也为我们提供了新的观察点——这些巨型黑洞如何与周围的环境相互作用。”因为这个黑洞距地球约27,000光年,它在天空中的大小就如看月球上的一个甜甜圈。为了制作它的图像,整个团队开发出了强大的事件视界望远镜,它连接了现有的分布于世界各地的八个射电望远镜,然后组成一个“地球级”的望远镜。并且,在多种不同夜晚的情况下,对人马座 A* 黑洞进行了观察。依次收集了许多小时的数据,类似于相机的长时间曝光。

这是继2019年,处于更遥远的室女座 A* 星系(或梅西耶 M87* )中心,被称为 M87* 的首张黑洞照片释出后的又一次突破。

人类拍摄的第一张黑洞图片(2019年)

人类拍摄的第一张黑洞图片(2019年)

这两个黑洞看起来是惊人的相似,尽管银河系中心的黑洞比 M87* 小了近千倍,质量也小得多。“我们有两个完全不同类型的星系和两个很不一样的黑洞物质,但是细看这些黑洞的边缘是如此的相似。”来自荷兰阿姆斯特丹大学的理论天体物理学教授,也是事件视界望远镜科学咨询联合主席的 Sera Markoff 说。“这告诉我们广义相对论支配着这些物体,我们所看到的更深远的区别是因为黑洞周围的物质有所不同。”

尽管人马座 A* 离我们近得多,但是这次成果的得来比起 M87* 更难。史都华天文台和美国亚利桑那大学数据科学研究所的科学家 Chi-kwan (‘CK’) Chan 解释道:“黑洞附近的气体以相同的速度逃逸——几乎和光速一样快,室女座 A* 和 M87* 的黑洞都是如此。不过围绕 M87* 运行几天到几周时间的气体,在体量小得多的室女座 A* 中只需要短短几分钟。根据事件视界望远镜的观察,这意味着围绕着人马座 A 的气体的明亮度和形式在迅速改变——这也有些像尝试拍清楚一个追尾巴的小狗。”研究需要提升负责监测人马座 A* 气体运动的新型精密仪器。 M87* 是一个更容易和更稳定的目标,几乎所有的成像都是一样的,而人马座 A* 的黑洞却不同。所以人马座 A* 的黑洞是由科学家团队捕捉的不同图像之下的平均成像,最终,第一次向人们展示了这个处于我们星系中心的巨大隐形物体。

来自全世界80个研究所的300多名研究人员,通过他们的创新能力,让事件视界望远镜的合作成为可能。除了研制提升这些复杂的仪器去克服人马座 A* 黑洞成像的困难,在这五年里,科学家们还积极地使用超级电脑组合和分析数据,编汇了一个前所未有的模拟黑洞的文库,用来对比观察。得到了两个不同尺度的黑洞图像,可以用来对比和比较,这让科学家们感到非常的兴奋。他们还开始使用新的数据测试理论和模型,这些理论和模型是关于超大质量黑洞周围的气体如何发生作用的。虽然人们还没有完全理解这个过程,但是它被认为是在星系的形态塑造和进化中发挥了关键作用。

事件视界望远镜的升级还在继续:在2022年3月的主要观察活动包括了比以前都要多的望远镜。合作的网络还在延伸,重要的科技升级会让科学家们得到更多人印象深刻的图像,以及不久的将来,关于黑洞的影片。


参考来源:
[1]Astronomers reveal first image of the black hole at the heart of our galaxy | Event Horizon Telescope

[2]About | Event Horizon Telescope

[3]天文学家公布我们银河系中心黑洞的首张照片 — 中国科学院上海天文台 (cas.cn)

[4]再揭黑洞之謎!中研院參與EHT國際合作計畫 公布銀河系中心黑洞首張影像 (sinica.edu.tw)

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