给黑洞拍照的年轻人

作者: 张渺

来源: 中国青年报

发布日期: 2023-05-25 07:41:23

经过科学家的努力,M87黑洞有了全景照,从“甜甜圈”变成了“鸡爪子”。这是人类首次在3.5毫米波长对M87黑洞周围的环状结构进行成像。完成这项工作的,是由中国科学院上海天文台研究员路如森领衔的国际合作团队,成员来自17个国家和地区、64家研究单位,共计121位。

黑洞照从“甜甜圈”变成了“鸡爪子”。研究团队供图还记得4年前发布的那张M87黑洞写真照吗,酷似一个“甜甜圈”。如今,经过科学家的努力,黑洞有了全景照,从“甜甜圈”变成了“鸡爪子”。16台射电望远镜连起来,组成了一台口径等效于地球直径的望远镜。这是人类首次在3.5毫米波长对M87黑洞周围的环状结构进行成像,可以说拍到了黑洞的全景照,乍一看像“鸡爪子”。

图像表明了中央超大质量黑洞附近的吸积流与喷流起源之间的联系,相关成果近日在国际学术期刊《自然》发表。

完成这项工作的,是由中国科学院上海天文台研究员路如森领衔的国际合作团队,成员来自17个国家和地区、64家研究单位,共计121位。团队中不乏一些80后、90后的身影,记者采访了这个充满朝气的年轻团队,听听他们给黑洞拍照背后的故事。

在这张最新的全景照上,有黑洞,有黑洞周围的吸积流,还有从吸积盘附近延伸向远处的喷流“尾巴”。M87黑洞在这张3.5毫米的图像上,呈现出令研究者感到意外的“甜甜圈”形态,比此前那张在1.3毫米拍摄到的旧“甜甜圈”大了近50%。

新照片的拍摄时间是2018年4月14日至15日,被拍摄的对象M87黑洞,位于梅西耶87星系,即室女座星系团中央巨椭圆星系的中心,距离地球约5500万光年,是太阳质量的65亿倍。它有着长达5000光年的喷流,“非常上相”。

据研究团队介绍,GMVA测得的环状结构直径为64微角秒,相当于“月球上的宇航员回望地球时,看到一个13厘米的环形补光灯”的大小。

江悟的工作是对观测到的数据进行处理。据他介绍,拍照时需要全球范围协同观测,所以,要求所有台站的观测天气观测条件都合适,综合考虑下来,最合适的时间通常是4月,“南北两个半球都适宜”。

杨海是中国科学院上海天文台团队里最年轻的成员,他的工作就是用物理学的方式,“想办法去解释”观测到的数据。他是黑洞吸积与高能天体物理研究组的一员,也是研究员袁峰的学生。

用路如森的话说,后续的工作,还包括给M87黑洞“拍动画”,甚至“拍电影”。人类将目光投向M87,最早可以追溯到1781年。彼时,法国天文学家夏尔·梅西耶发表了著名的梅西耶星表,里面包含103个星云状的天体。梅西耶以字母M加数字为这些天体命名,M87就是其中之一,其含义为“梅西耶星表中的第87个天体”。

然而直到100多年后,人类才意识到M87并不是星云,而是一个星系。天文学家看到“一束奇怪的直射线从一片朦胧的光斑中心发出”,那是人类历史上第一次观测到天体中的喷流。而事件视界望远镜(Event Horizon Telescope, EHT)2017年成功拍摄到M87星系中心超大质量黑洞的照片,则又是一个世纪之后的事了。

人类对仰望星空的过程充满好奇心,也历尽艰辛,但从未停止。对M87的探索,也并没有结束。

此次展现的3.5毫米波长图像,可以说代表了当前的最新成就。但为了揭示M87中央超大质量黑洞及其相对论性喷流的形成、加速、准直传播的物理机制之谜,我们需要拍摄更多色的高质量图像,包括在0.8毫米或更短的亚毫米波波长的黑洞照片,以及在长至7.0毫米波长的黑洞和喷流的全景图像,未来非常令人期待。

进一步的观测和更强大的射电望远镜阵列,将继续揭开它的神秘面纱。未来,毫米波观测将研究M87黑洞的时间演变,并通过结合不同颜色的“射电光”图像,来获得M87中心黑洞区域的多色视图。

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