北京时间12日晚9时许,包括中国在内的全球多地天文学家同步公布了位于银河系中心的超大质量黑洞——“人马座A*”(Sgr A*)的照片。这是人类“看见”的第二个黑洞,也是银河系中心超大质量黑洞真实存在的首个直接视觉证据。

左为超大质量黑洞“M87*”,位于5500万光年之外的梅西耶87星系(M87)的中心;右为银河系中心的黑洞“人马座A*”。前者是“人马座A*”的约1000倍。(图片来源:欧洲南方天文台网站)
香港《大公报》援引路透社、法新社报道,这次拍摄到的“人马座A*”黑洞距离地球约2.7万光年,质量为太阳的400万倍,在天空中看起来和在月球上的陨石坑一样大。从照片上看,黑洞如同一个甜甜圈,闪着红色、黄色和白色光芒。
为拍到黑洞图像,2017年,来自中国、美国、日本、德国和智利等80多个国家和地区的科学家共同成立“事件视界望远镜”(EHT)计划,建立一个由夏威夷次毫米波阵列、格陵兰望远镜等多个射电望远镜组成的全球网络,在每个夜晚连续数小时凝视“人马座A*”,拍摄的工作原理与长曝光摄影相似,历时五年才成像。但是,由于黑洞是完全黑暗的,所以科学家所拍到的黑洞照片,其实并不是黑洞本身,而是围绕着黑洞的发光气体。
新华社报道,此次相关研究成果以特刊形式发表在《天体物理学杂志通讯》上。
本次是EHT第二次拍到黑洞的照片。2019年4月10日,EHT发布了人类历史上第一张黑洞照片。人类首次“看见”的那个黑洞,位于室女座一个巨椭圆星系M87中心,距离地球5500万光年,质量是太阳的65亿倍。
比较这两张黑洞照片,有什么异同?
上海天文台副研究员江悟说:“尽管银河系中心黑洞比M87黑洞小了1500多倍,也轻了1500多倍,但这两种不同类型星系的黑洞看起来很相似。尤其是当我们聚焦在这些黑洞的边缘时,看起来更是神奇地相似。这告诉我们,靠近黑洞的物体完全受广义相对论支配,我们在远处所看到的不同表象,是由黑洞周围物质的差异所造成。”
上海天文台研究员路如森说:“通过分析这两张黑洞照片,我们惊叹于环的大小与爱因斯坦广义相对论预测结果,出奇地一致。这些前所未有的观测,极大地提升了我们对银河系中心的认识,并为了解超大质量黑洞如何与周围环境相互作用,提供了全新视角。”
为什么银河系中心黑洞距离地球更近,照片却比遥远的M87黑洞“冲洗”出来晚了3年?
上海天文台台长、EHT合作国内协调人沈志强研究员解释说,这是因为黑洞周围的气体,均以几乎接近光速绕着这两个黑洞高速旋转。气体绕转M87黑洞一周需要几天到数周时间,但对于相对小很多的银河系中心黑洞来说,几分钟内气体即可绕转一周。这意味着就在EHT观测之时,银河系中心黑洞周围绕转气体的亮度和图案,也在更快速地变化着,因此“冲洗”处理更难。
EHT研究团队花了五年时间,用超级计算机合成和分析数据,编纂了前所未有的黑洞模拟数据库,与观测结果进行严格比对,并提取出不同照片平均后的效果,最终得以将银河系中心这个超大质量黑洞的“真实容貌”,第一次呈现出来。
上海天文台天马望远镜是东亚VLBI观测网的重要台站。在2017年EHT全球联合多波段观测期间,天马望远镜先后17次参加对这两个黑洞的协同观测,显著提高了东亚VLBI网的观测灵敏度,在微弱信号探测方面发挥作用。上海天文台牵头组织协调国内学者参与此次银河系中心黑洞EHT项目合作。
“拍摄一部银河系中心黑洞的‘电影’,是下一代EHT的追求。我们正在规划建设中国的亚毫米波VLBI望远镜,以期参与到对银河系中心黑洞的24小时不间断的接力观测中。”沈志强说。
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