作者:张双虎 黄辛 来源:中国科学报 发布时间:2022/5/13 23:26:26
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“揪出”隐藏在银河系中心的“巨兽”
——天文学家公布银心黑洞的首张照片

 

5月12日,事件视界望远镜(EHT)合作组织全球同时召开新闻发布会,向人们展示了位于银河系中心(Sgr A*)的首张黑洞照片。

“这是EHT合作组织继2019年发布人类第一张黑洞照片,捕获了位于遥远星系M87*中央黑洞之后的又一重大突破。”发布会上,中科院上海天文台台长、EHT合作国内协调人沈志强介绍说,“这为理解这种被认为居于大多数星系中心‘巨兽’的行为提供了宝贵线索。”

银河系中心黑洞照片-高清.png

银河系中心黑洞的首张照片        EHT合作组织供图

艰难“捕兽”

上世纪60年代末,英国物理学家林登贝尔(Lynden-Bell)提出,许多星系在其中心都有一个质量高达百万倍到几十亿倍太阳质量的超大质量黑洞。他断言这样一个超大质量的黑洞是过去活跃的 "类星体阶段"的残余物。同样,银河系也不应例外。

两年后, 林登贝尔论证了银河系中心存在一个超大质量的黑洞,这让人们进一步理解了类星体的本质,不过探测与银河系中心黑洞相联系的致密射电源却经历了一个艰难的过程。

因为黑洞不发光,所以我们看不见黑洞自身,但绕转的发光气体给出了其存在的信号:一个被亮环状结构围绕的暗弱中心区域(称之为阴影)。照片上显现出的(射电)光都是由该黑洞的强大引力弯曲所致,这个黑洞的质量超过了太阳质量的四百万倍。

银河系中心黑洞距离地球有二万七千光年之遥,所以它的大小看上去,与从地球上看38万千米远月亮上的甜甜圈大小差不多。为了给它拍这张照片,研究团队创建了观测利器EHT,由分布在全球六地的八个射电望远镜组成的一个犹如地球那么大的虚拟望远镜。如果考虑前期的筹备和测试阶段,有些 EHT 团队成员已经投入了差不多 20 年的时间。

提供直接视觉证据

银河系中心黑洞比M87*小了1500多倍,研究人员不得不开发新的复杂的工具来考虑围绕Sgr A*的气体运动。因为M87*这种稳定和几乎所有图案都相同的目标成像相对容易,对于Sgr A*就完全不一样了。Sgr A*的黑洞照片是研究团队提取出的不同照片平均后的效果,最终得以第一次将隐藏在银河系中心的“巨兽”呈现出来。

这集结了来自全球80个研究机构共300多名研究人员组成的EHT合作组织的奇思妙想才得以实现。除了开发复杂的工具来克服Sgr A*成像面临的挑战外,研究团队花了5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。

来自上海天文台的EHT合作成员路如森说:“确实,对银河系中心黑洞首次成像观测的数据分析耗费了EHT合作团队的巨大心血。”

另一位来自上海天文台的EHT合作成员江悟补充道:“研究团队遍历了极大的成像参数空间,才得以确定这张黑洞照片。”

科学家对最终获得两个不同大小黑洞的照片尤其兴奋,这为他们的对照研究提供了条件。他们已经开始用这些新的数据来检验超大质量黑洞周围气体行为的相关理论和模型。

“现在我们能就这两个超大质量黑洞的差异展开研究,以获取对理解这个重要过程有价值的新线索,”来自天文与天体物理研究所的EHT科学家Keiichi Asada表示。“我们已有了两个质量相差1500倍以上的黑洞的照片,相比过去,我们将可以进一步更深入地检验极端环境下的引力”。

 

2020年成图工作组其中一次讨论会集体照(上海天文台供图).png

2020年成图工作组一次讨论会集体照       上海天文台供图

拍摄黑洞“电影”中国发挥更大作用

EHT合作组共有350名成员,其中270名成员参与了Sgr A*成果的发表。参与者分别来自21个国家和地区的120个研究机构,其中包括来自中科院上海天文台、李政道研究所、北京大学、中国科学技术大学等7家单位的17位中国大陆学者。

“我国科学家积极参与早期EHT国际合作的共同推动、EHT望远镜观测时间的共同申请、夏威夷JCMT望远镜的观测运行、后期数据处理分析和结果分析等。”沈志强说,“此外,2017年EHT全球联合多波段观测期间,上海65米天马望远镜作为东亚VLBI网的主力台站参加了17次对M87和Sgr A*VLBI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。”

今年3月,EHT刚完成一项有更多望远镜参与的联合观测。EHT还计划在不久的将来拍摄黑洞“电影”。

“拍摄这样一部银河系中心黑洞的‘电影’,是下一代EHT的追求。”沈志强说,“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Sgr A*的24小时不间断的接力观测中。”

 

 

 
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