銀河系中心黑洞首張照片發佈

銀河系中心黑洞的首張照片。EHT合作組織供圖

記者中國科學院上海天文臺獲悉,北京時間2022年5月12日晚9點,事件視界望遠鏡(EHT)合作組織正式發佈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年發佈人類第一張黑洞照片,捕獲了位於更遙遠星系M87中央黑洞之後的又一重大突破。

此前,諾貝爾物理學獎頒給了“銀河系中心黑洞的發現”。此次發佈的照片則提供了該超大質量黑洞存在的直接視覺證據

上個世紀,銀河系中心黑洞被“發現”

上世紀50年代後期,隨着全天射電普查的開展,人們發現有一類強烈射電源光學對應體看起來似乎是恆星,但是卻有着讓人難以理解的光學光譜,它們被天文學家稱爲類星體。類星體發現後,人們陸續提出各種模型來解釋類星體的產能機制。在這些模型中, 超大質量黑洞吸積物質產生的輻射逐漸成爲被廣爲接受的解釋。

上世紀60年代末,有科學家提出,許多星系在其中心都有一個質量高達百萬倍到幾十億倍太陽質量的超大質量黑洞,並斷言這樣一個超大質量的黑洞是過去活躍的 "類星體階段"的殘餘物。同樣,銀河系也不應例外。兩年後,銀河系中心存在一個超大質量的黑洞的的觀點論證。科學家提出,通過甚長基線干涉測量(VLBI)技術很快就能確定銀河系中心黑洞的大小。

此後的幾十年間,人們直接探測該黑洞的渴望不斷地助推技術的發展,使人類能夠一步步地“接近”黑洞的邊緣

數十年的追逐,終於讓黑洞“現形

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38萬千米遠月亮上的甜甜圈大小差不多。

在VLBI技術發展的初期,由於當時射電望遠鏡的數目非常有限,需要在“正確”的觀測波長並在“合適”距離的射電望遠鏡之間才能夠探測到。隨着VLBI技術及觀測設備的發展,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。

爲了給它拍這張照片,研究團隊創建了觀測利器EHT,由分佈在全球六地的八個射電望遠鏡組成的一個猶如地球那麼大的虛擬望遠鏡。利用EHT開展了多個晚上的觀測,每次連續採集了好幾個小時數據,就如同相機的長時間曝光

研究人員介紹,此次發佈的這張照片,是EHT團隊從2017年的觀測數據中提取出的不同照片“拼”成的。這張最終照片是通過將數千張使用不同計算方法得到的圖像平均起來生成的,所有這些圖像都可準確擬合EHT數據。

來自上海天文臺的EHT合作成員路如森說:“確實,對銀河系中心黑洞首次成像觀測的數據分析耗費了EHT合作團隊的巨大心血。”另一位來自上海天文臺的EHT合作成員江悟補充道:“研究團隊遍歷了極大的成像參數空間,才得以確定這張黑洞照片。”

下一步研究計劃:拍攝“黑洞電影

由於EHT合作早在2019年就公佈了首次M87黑洞成像的結果,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月幾乎同時觀測了M87*和Sgr A*, 後者的“照片”爲什麼如此耗時呢?

研究人員告訴記者,這是因爲Sgr A*周圍的氣體旋轉速度更快,因而其亮度圖案變化也更大,加之目前的望遠鏡基線覆蓋仍然比較稀疏,多種因素疊加在一起使得“沖洗”這張照片的技術難度更大,EHT合作團隊不得不開發更復雜的工具來消除這些影響。

據介紹,作爲離人類最近的超大質量黑洞,銀河系中心黑洞Sgr A*爲我們提供了一個檢驗廣義相對論和探索黑洞天體物理的獨特實驗室。隨着此次首張銀河系中心黑洞照片的發佈,後續的工作將通過偏振觀測數據來研究該黑洞周圍的磁場,並近一步研究與觀測到的X-射線耀斑活動有關的結構變化。

2017年之後,隨着新望遠鏡的加入以及數據記錄帶寬的不斷增加,EHT陣列的靈敏度也在不斷得到提升。未來隨着更多亞毫米波望遠鏡的加入,有望實現對其24小時不間斷的接力成像觀測,人類將最終能夠實現對該黑洞周圍物理環境的動態攝像。

“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合作國內協調人沈志強說。“我們正在規劃建設中國的亞毫米波VLBI望遠鏡,以期參與到對Sgr A*的24小時不間斷的接力觀測中。”