中科院团队：黑洞“特写”“全景”相继成像如何形成仍是未解之谜

发布者：泰山顶上 2023-4-27 22:16

本次拍到的M87黑洞及喷流同框“全景图”，也即在3.5毫米波长所观测到的图像。中科院上海天文台供图

中新网北京4月27日电 (记者孙自法郑莹莹)继4年多前人类首张黑洞照片——“特写”版“甜甜圈”发布之后，中国天文学家领衔国际团队最新完成“拍摄”“冲洗”的黑洞阴影和喷流同框“全景”版图片及相关研究论文，北京时间4月26日夜间在国际顶级学术期刊《自然》在线发表。

至此，神秘黑洞的“特写”“全景”图相继成像面世，那么，关于黑洞起源形成之谜已真相大白了吗？参与黑洞“特写”和领导黑洞“全景”成像工作的中国科学院上海天文台研究团队回应称，目前研究只是揭开黑洞的冰山一角，黑洞如何形成仍是未解之谜。

围绕本次对室女座星系团中超大质量星系M87中心黑洞“全景”成像及研究成果，中科院上海天文台团队进行科普解读说，M87黑洞距离地球约5500万光年，重约65亿倍太阳质量，估算其直径约为400亿公里(作为对比，冥王星与太阳的距离是58亿公里)。

事件视界望远镜(EHT)2017年以口径等效于地球直径的射电望远镜，成功拍摄到M87黑洞照片并于2019年向全球发布，这一人类历史上首张黑洞照片显示M87黑洞长得像个“甜甜圈”，外面一圈亮环，围绕着中间的阴影。

M87黑洞艺术想象图。中科院上海天文台供图

本次观测则首次将M87黑洞的阴影及其周围吸积流和强大相对论喷流同框出现在一张照片之中，在3.5毫米波段观测到的M87黑洞图像也呈现“甜甜圈”形态，比此前EHT在1.3毫米波段观测到的“甜甜圈”大了近50%，并且看到从“甜甜圈”向远处延展的“尾巴”，它是黑洞的喷流。

传统观点认为，地球上的望远镜在3.5毫米波段不会看到“甜甜圈”，不过，本次观测确实看到一个比之前认为的要更大的“甜甜圈”，它来自于黑洞周围的吸积流。

天文学家为什么要给M87黑洞拍照？拍照用到的关键技术有哪些？中科院上海天文台团队介绍说，M87黑洞距离地球5500万光年，且质量非常可观(65亿倍太阳质量)，这使得它在天空平面上看起来非常大，是非常适合拍照研究的对象。同时，M87星系又有着明亮的长达5000光年的喷流，而M87黑洞正是喷流的源头。因此，给M87黑洞拍照可帮助天文学家理解黑洞附近的环境，观察黑洞周围的物质如何绕转、掉进黑洞或被喷出，进而研究黑洞和喷流的关系。

本次及之前EHT拍摄黑洞照片所用到的关键技术都是甚长基线干涉测量(VLBI)技术，该技术可将分布全球各地的望远镜组合起来，组成分辨率远超单个望远镜的超级望远镜。总体而言，越多望远镜参与，望远镜在地球上分布越均匀，拍摄效果越好。这次观测就依靠VLBI技术将全球16台望远镜组合起来，才成功拍摄到M87黑洞前所未有的“全景”清晰图像。

至于此次观测研究能否揭示M87黑洞如何形成的问题，中科院上海天文台团队强调指出，目前，他们认为恒星质量级的黑洞是由大质量恒星演化晚期坍缩形成，但星系中央的超大质量黑洞是如何形成的，仍是未解之谜。M87黑洞已演化到稳定阶段，科学家们利用EHT观测及其他多波段观测数据得到的诸多限制来研究黑洞及其周围环境的现状，但尚无法回答黑洞形成阶段的问题。

首次实现黑洞和喷流同框成像，是这次M87黑洞观测研究最重要的成果，两者有何关系？该团队表示，理论物理学家认为，黑洞不仅在“吃”(吸积物质)，同时也在“吐”(外流)，如果“吐”出的物质速度快、方向性好，自然就形成所观测到的喷流。“但需要说明的是，理论物理学家至今也没能够非常明确地解释好黑洞与喷流的关系，观测工作也正在一步步试图解开这个谜团”。

针对公众关心的最靠近地球的黑洞在哪里、黑洞会不会影响地球等话题，中科院上海天文台团队说，目前所知最靠近人类的黑洞是距离地球3000光年的麒麟座V616，其质量是太阳质量的11倍，与一颗K型星(0.5倍太阳质量)组成双星系统，轨道周期近8小时。

他们指出，黑洞的影响范围与黑洞的质量成正比：质量越大，影响范围越大，对时空的扭曲程度越厉害。星系中心的超大质量黑洞离地球非常遥远，不会对地球造成影响，目前也没有证据表明地球附近存在小质量黑洞，因此不用担心黑洞会对地球造成影响。但是，研究黑洞可以让人们深入了解空间和时间的本质。(完)