美国天文学会发布第一张银河系中心黑洞的图像
近日，天文学家通过新闻发布会，在世界各地公布了第一张位于银河系中心超大质量黑洞的图像。同时，相关的研究成果也发表在Astrophysical Journal Letters（ApJL）的特刊上，共有十篇文章。ApJL隶属于美国天文学会，并由IOP出版社出版。该研究充分证明了该天体就是黑洞，并为理解黑洞居于大多数星系中心的原理提供了宝贵线索。
这幅图像是由一个名为”事件视界望远镜（EHT）”合作组织的全球研究团队拍摄的。该团队通过分布在全球的射电望远镜组网进行拍摄，满足了人们长期以来观测银河系中心巨大天体的期待。科学家们此前曾观测到银河系中心的恒星围绕着一些看不见的、致密的、质量非常大的天体运行。这是银河系中心超大质量黑洞Sagittarius A*（Sgr A*）的首张照片，是这个黑洞真实存在的首个直接视觉证据。
黑洞本身是完全黑暗的，但它周围的发光气体揭示了一个明显的特征：黑暗的中心区域（称为“阴影”）被明亮的环状结构包围。这一图像捕捉了到了被黑洞强大引力弯曲的光线，这个黑洞的质量是太阳质量的400万倍。
“我们惊讶于环的大小与爱因斯坦广义相对论的预测一致，”来自台湾“中央研究院”天文及天文物理研究所的EHT项目科学家Geoffrey Bower说，“这些前所未有的观测极大地提高了我们对银河系中心发生事情的理解，并为这些巨大的黑洞如何与周围环境相互作用提供了新的思路。”
这一黑洞距离地球大约 27000 光年，所以在我们看来它的大小和看月球上的甜甜圈差不多。为了对其进行成像，研究团队创建了强大的EHT，将地球上现有的八个射电天文台连接在一起，组成一个犹如地球大小的虚拟望远镜。EHT在多个夜晚观察Sgr A*，并连续数小时收集数据，就像在相机上使用长时间曝光。
这张照片是EHT合作组织在2019年发布的人类第一张黑洞照片，即位于更遥远的Messier 87星系中心的M87*黑洞图像后的又一突破。尽管这两个黑洞看起来非常相似，但银河系黑洞比M87*黑洞小了1000多倍，也轻了1000多倍。
“这两个黑洞来自两个完全不同的星系，黑洞质量也很不相同，但在靠近这些黑洞边缘的地方，它们有着惊人的相似，” 来自阿姆斯特丹大学的理论天体物理学家、EHT科学委员会联合主席Sera Markoff教授说，“这告诉我们，广义相对论可以近距离控制靠近黑洞的物体，而我们在更远的地方看到的不同表象都是由黑洞周围物质的差异造成的。”
“尽管Sgr A* 离我们更近，但这一成果的得来要比 M87* 困难得多，” 来自美国斯图尔德天文台、亚利桑那大学天文学系和数据科学研究所的EHT科学家Chi-kwan Chan解释道，“黑洞附近的气体在Sgr A*和M87*周围以相同的速度移动——几乎与光速一样快。在较大的 M87* 中，气体需要数天到数周才能绕行一周；而在小得多的Sgr A*中，它绕行一周只需几分钟。所以EHT在观察Sgr A*时，它周围气体的亮度和图案时也在迅速变化——这就有点像给正在追自己尾巴的小狗拍张清晰照片。”
研究人员不得不开发复杂的新工具，来解释Sgr A *周围的气体运动。给M87*拍照相对容易，因为它更稳定，几乎所有的图像都一样。但Sgr A*就完全不同了，Sgr A *黑洞的图像是研究团队提取不同图像的平均值，最终首次揭示了隐藏在银河系中心的巨物。
这一成果集合了EHT合作组织全球80个研究机构300多名研究人员的智慧。除了开发复杂工具来应对Sgr A *成像的挑战外，研究团队还花了五年用超级计算机进行合成和分析数据，编成了一个前所未有的黑洞模拟数据库，以与观测结果进行比对。
科学家们特别兴奋的是终于获得了两个大小迥异的黑洞图像，这为对照研究提供了可能。他们已经开始用这些新数据来测试气体在超大质量黑洞周围表现的理论和模型。我们尚未完全理解这个过程，但认为其对星系的形成和演化发挥了关键的作用。
“现在我们可以研究这两个超大质量黑洞之间的差异，以获得关于这一重要过程如何运作的宝贵新线索，” 台湾“中央研究院”天文及天文物理研究所的EHT科学家Keiichi Asada说，“我们有两个黑洞的图像，一个质量很大，一个质量很小，所以我们可以比以往更进一步地测试引力在这些极端环境中的行为。”
EHT的研究仍在继续，2022年3月有更多的望远镜参与了联合观测活动。EHT网络的持续扩展和技术进步将使科学家能够在不久的将来分享更引人注目的黑洞图像或影像。
期刊介绍
- 2020年影响因子：7.413
The Astrophysical Journal Letters（ApJL）由美国天文学学会(AAS)和IOP出版社合作出版。ApJL是一个开放获取的期刊，主要用于快速发表天文学的重大进展。