事件視界望遠鏡公布M87黑洞新照片

　　事件視界望遠鏡（EHT）國際合作組織發布了2018年4月拍攝的位于橢圓星系梅西耶87中心的超大質量黑洞（M87*）的新照片。本次拍攝所使用的望遠鏡陣列的性能，由于格陵蘭望遠鏡的參加以及數據記錄帶寬的增加而得到提升。這是繼2017年拍攝首張黑洞照片后，對M87*的又一次獨立成像。新發布的黑洞照片與2017年的照片相似，呈現出大小相同的環狀結構。明亮的環中間存在一個很深的暗影，即廣義相對論預言的“黑洞陰影”。與2017年的照片相比，環的最亮部分沿著逆時針方向偏轉了約30度，這或是由黑洞周圍湍流物質變化所致。1月18日，相關研究成果發表在《天文學與天體物理學》上。

　　中國臺灣天文及天文物理研究所研究員Keiichi Asada表示：“我們通過全新的觀測數據確認了環的存在，更有力地證明我們確實看到的是黑洞陰影以及它周圍高速繞轉的物質。”

　　2017年，EHT拍攝到首張黑洞照片。照片主角M87*是巨大橢圓星系梅西耶87的核心，距離地球5500萬光年。黑洞照片顯示出一個明亮的圓環，環的南部更明亮。對于數據的進一步分析揭示了M87*在偏振光下的結構，使科學家得以窺見黑洞周圍磁場的幾何構型和等離子體的性質。

　　黑洞直接成像新紀元始于2017年對M87*觀測數據的廣泛分析。它打開了一個新窗口，讓科學家能夠更直觀地研究黑洞天體物理，并在基礎物理的層面驗證廣義相對論。理論模型認為，M87*周圍物質的狀態在2017年和2018年沒有相關性。因此，對于M87*的多次觀測將提供對黑洞周圍等離子體和磁場結構的獨立約束，進而幫助科研人員區分復雜的天體物理過程與廣義相對論效應。

　　為了實現新科學目標，EHT持續發展。格陵蘭望遠鏡在北極圈深處建成5個月后，加入2018年EHT的觀測。格陵蘭望遠鏡的加入，改善了EHT陣列在南北方向的空間采樣，提高了黑洞成像的可靠性。LMT大型毫米波望遠鏡首次以完整的50米全口徑參與，提高了觀測的靈敏度。相比于2017年觀測，EHT陣列將數據記錄帶寬增加了一倍。

　　重復觀測和升級陣列，對論證結果的可靠性和加強結果的可信度頗為重要。除了在科學上的開創外，EHT還是高頻射電干涉測量領域前沿的技術開發試驗平臺。

　　西班牙安達盧西亞天體物理學研究所博士生Rohan Dahale表示：“推動科學進步需要不斷提高數據質量和分析技術。格陵蘭望遠鏡首次加入EHT陣列填補了這一地球大小望遠鏡的關鍵空白。2021年、2022年以及即將到來的2024年觀測見證了事件視界望遠鏡陣列的成長，激發著我們探索黑洞天體物理學前沿的研究熱情。”

　　2018年的數據分析采用了八種獨立的成像和建模技術，包括先前對M87*2017年數據的分析方法以及后來合作組基于Sgr A*數據分析經驗開發的新方法。

　　2018年拍攝的M87*照片與2017年拍攝的結果相似。我們能夠看到一個相同大小的亮環，其中心區域較暗，環的一側亮于另一側。由于M87*的質量和距離在人的一生當中幾乎不會顯著增加，因此廣義相對論預言環的直徑應該年復一年地保持不變。2017年到2018年，從圖像測出的直徑穩定不變，支持了這一結論，即M87*符合廣義相對論的描述。

　　“黑洞有個突出的特點，其半徑強烈依賴于一個物理量——它的質量。”噴氣推進實驗室博士后Nitika Yadlapalli Yurk說，“由于M87*吸積物質較慢（吸積快會增加其質量），廣義相對論告訴我們它的半徑將在整個人類歷史長河中保持相對不變。我們的數據證實了這一預言，真是令人激動。”

　　雖然黑洞陰影的大小在2017年和2018年之間沒有變化，但環的最亮區域的位置發生了顯著變化。最亮區域沿逆時針方向旋轉了約30度，處在環的右下部分，約在5點鐘方向。研究依據M87*的歷史數據推斷，黑洞陰影的結構可能每年均在變化，但這基于靈敏度較低且望遠鏡較少的EHT陣列觀測數據，故精度較低。與2017年的結果相比，雖然2018年的EHT陣列仍無法觀測到M87*的噴流，但從環最亮區域位置預測的黑洞自轉軸與在低頻波段觀測到的噴流方向更一致。

　　“最大的變化，也就是環上最亮的部位發生偏轉，實際上我們早在2019年首次公布結果時就預料到了。”中國臺灣天文及天文物理研究所研究員Britt Jeter說，“盡管廣義相對論下環的大小應該完美地保持不變，但黑洞周圍湍動的、雜亂的吸積流發出的輻射將導致環最亮的部分在一個方位附近擺動。擺動大小隨著時間的變化可以用來檢驗有關黑洞周圍磁場和等離子體環境的理論。”

　　在這一成果發布前，所有EHT發表的論文均僅是基于科學家對2017年首次成像觀測的分析。而上述成果標志著開啟對2017年后多年EHT觀測數據的探索和分析。除了2017年和2018年外，EHT在2021年和2022年進行觀測，并計劃在2024年上半年進行觀測。每一年，EHT陣列都在進行改進，如增加新的望遠鏡、改進硬件以及增加新的觀測頻段。合作組成員包括持續參與的我國科學家正在努力分析所有數據。同時，我國也在推進亞毫米波望遠鏡相關設施建設和技術發展。