記者從中國科學(xué)院上海天文臺獲悉，北京時(shí)間2022年5月12日晚9點(diǎn)，事件視界望遠(yuǎn)鏡（EHT）合作組織正式發(fā)布了銀河系中心黑洞人馬座A*（Sgr A*）的首張照片。這是EHT合作組織繼2019年發(fā)布人類第一張黑洞照片，捕獲了位于更遙遠(yuǎn)星系M87中央黑洞之后的又一重大突破。

銀河系中心黑洞的首張照片。EHT合作組織供圖

此前，諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)?lì)C給了“銀河系中心黑洞的發(fā)現(xiàn)”。此次發(fā)布的照片則提供了該超大質(zhì)量黑洞存在的直接視覺證據(jù)。

上個(gè)世紀(jì)，銀河系中心黑洞被“發(fā)現(xiàn)”

上世紀(jì)50年代后期，隨著全天射電源普查的開展，人們發(fā)現(xiàn)有一類強(qiáng)烈射電源的光學(xué)對應(yīng)體看起來似乎是恒星，但是卻有著讓人難以理解的光學(xué)光譜，它們被天文學(xué)家稱為類星體。類星體發(fā)現(xiàn)后，人們陸續(xù)提出各種模型來解釋類星體的產(chǎn)能機(jī)制。在這些模型中， 超大質(zhì)量黑洞吸積物質(zhì)產(chǎn)生的輻射逐漸成為被廣為接受的解釋。

上世紀(jì)60年代末，有科學(xué)家提出，許多星系在其中心都有一個(gè)質(zhì)量高達(dá)百萬倍到幾十億倍太陽質(zhì)量的超大質(zhì)量黑洞，并斷言這樣一個(gè)超大質(zhì)量的黑洞是過去活躍的“類星體階段”的殘余物。同樣，銀河系也不應(yīng)例外。兩年后，銀河系中心存在一個(gè)超大質(zhì)量的黑洞的觀點(diǎn)被論證。科學(xué)家提出，通過甚長基線干涉測量（VLBI）技術(shù)很快就能確定銀河系中心黑洞的大小。

此后的幾十年間，人們直接探測該黑洞的渴望不斷地助推技術(shù)的發(fā)展，使人類能夠一步步地“接近”黑洞的邊緣。

數(shù)十年的追逐，終于讓黑洞“現(xiàn)形”

科研人員介紹，銀河系中心黑洞距離地球有2.7萬光年之遙，所以它的大小看上去與從地球上看38萬千米遠(yuǎn)月亮上的甜甜圈大小差不多。

在VLBI技術(shù)發(fā)展的初期，由于當(dāng)時(shí)射電望遠(yuǎn)鏡的數(shù)目非常有限，需要在“正確”的觀測波長并在“合適”距離的射電望遠(yuǎn)鏡之間才能夠探測到。隨著VLBI技術(shù)及觀測設(shè)備的發(fā)展，人們對這一黑洞開展了一系列的高辨率觀測，尤其是近二十多年來在毫米波段開展的觀測。

為了給它拍這張照片，研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)建了觀測利器EHT，由分布在全球六地的八個(gè)射電望遠(yuǎn)鏡組成的一個(gè)猶如地球那么大的虛擬望遠(yuǎn)鏡。利用EHT開展了多個(gè)晚上的觀測，每次連續(xù)采集了好幾個(gè)小時(shí)的數(shù)據(jù)，就如同相機(jī)的長時(shí)間曝光。

研究人員介紹，此次發(fā)布的這張照片，是EHT團(tuán)隊(duì)從2017年的觀測數(shù)據(jù)中提取出的不同照片“拼”成的。這張最終照片是通過將數(shù)千張使用不同計(jì)算方法得到的圖像平均起來生成的，所有這些圖像都可準(zhǔn)確擬合EHT數(shù)據(jù)。

來自上海天文臺的EHT合作成員路如森說：“確實(shí)，對銀河系中心黑洞首次成像觀測的數(shù)據(jù)分析耗費(fèi)了EHT合作團(tuán)隊(duì)的巨大心血。”另一位來自上海天文臺的EHT合作成員江悟補(bǔ)充道：“研究團(tuán)隊(duì)遍歷了極大的成像參數(shù)空間，才得以確定這張黑洞照片。”

下一步研究計(jì)劃：拍攝“黑洞電影”

由于EHT合作早在2019年就公布了首次M87黑洞成像的結(jié)果，此次對銀河系中心黑洞的首次成像可以說是人們期待已久的。然而人們不禁會問，既然EHT在2017年4月幾乎同時(shí)觀測了M87*和Sgr A*, 后者的“照片”為什么如此耗時(shí)呢？

研究人員告訴記者，這是因?yàn)镾gr A*周圍的氣體旋轉(zhuǎn)速度更快，因而其亮度和圖案的變化也更大，加之目前的望遠(yuǎn)鏡基線覆蓋仍然比較稀疏，多種因素疊加在一起使得“沖洗”這張照片的技術(shù)難度更大，EHT合作團(tuán)隊(duì)不得不開發(fā)更復(fù)雜的工具來消除這些影響。

據(jù)介紹，作為離人類最近的超大質(zhì)量黑洞，銀河系中心黑洞Sgr A*為我們提供了一個(gè)檢驗(yàn)廣義相對論和探索黑洞天體物理的獨(dú)特實(shí)驗(yàn)室。隨著此次首張銀河系中心黑洞照片的發(fā)布，后續(xù)的工作將通過偏振觀測數(shù)據(jù)來研究該黑洞周圍的磁場，并近一步研究與觀測到的X-射線耀斑活動有關(guān)的結(jié)構(gòu)變化。

2017年之后，隨著新望遠(yuǎn)鏡的加入以及數(shù)據(jù)記錄帶寬的不斷增加，EHT陣列的靈敏度也在不斷得到提升。未來隨著更多亞毫米波望遠(yuǎn)鏡的加入，有望實(shí)現(xiàn)對其24小時(shí)不間斷的接力成像觀測，人類將最終能夠?qū)崿F(xiàn)對該黑洞周圍物理環(huán)境的動態(tài)攝像。

“拍攝這樣一部銀河系中心黑洞的‘電影’，是下一代EHT的追求。”來自上海天文臺的EHT合作國內(nèi)協(xié)調(diào)人沈志強(qiáng)說。“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Sgr A*的24小時(shí)不間斷的接力觀測中。”

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