人类首图黑洞最新研究：为破解宇宙极端现象谜题提供关键拼图
人类首图黑洞最新研究：为破解宇宙极端现象谜题提供关键拼图
中新网北京9月16日电 (记者 孙自法 郑莹莹)还记得人类首次拍摄到黑洞图片的黑洞吗？这个距地球约5500万光年、质量超太阳60亿倍的M87星系中心超大质量黑洞(M87*黑洞)自“真容”发布以来，一直广受关注。
通过对M87*黑洞进行多年持续观测，天文学家最新捕捉到其周围不断演变的偏振模式，并在其喷流底部探测到230 GHz(吉赫兹)辐射，为破解宇宙极端现象谜题提供了一块关键拼图。
揭示黑洞偏振辐射演化
来自中国科学院上海天文台的消息说，由全球射电望远镜联合组网的“地球般大小的望远镜”――事件视界望远镜(EHT)合作组最近发布M87*黑洞新图像，揭示该黑洞附近偏振辐射如何随时间演化，发现其偏振方向的出乎意料的翻转。
天文学家还首次在EHT数据中发现连接黑洞环状结构与喷流底部的延伸辐射的迹象。
EHT合作组2019年发布的首张黑洞照片拍摄于2017年，其偏振结果于2021年公布。如今，通过对比分别拍摄于2017年、2018年和2021年的观测数据，天文学家在揭示黑洞磁场时变方面取得新的重要进展，为理解黑洞周围极端环境下的物理过程提供了新视角。
这一重要天文研究成果论文，9月16日在国际专业学术期刊《天文学与天体物理学》(Astronomy & Astrophysics)上发表。随着EHT持续提升其观测能力，这些新成果揭示出M87*黑洞周围的动态环境并深化了科学家对黑洞物理性质的认知。
逼近现有理论模型极限
“令人惊叹的是，黑洞图像中环状结构的大小在4年内保持一致，证实了爱因斯坦广义相对论预言的黑洞阴影，但其偏振模式却发生了显著变化。”本项合作研究共同负责人、美国哈佛-史密森尼天体物理中心天文学家保罗・蒂德(Paul Tiede)指出，这表明事件视界附近磁化等离子体远非静止不变的，而是时刻变化且极其复杂的，正在逼近现有的理论模型的极限。
合作研究负责人之一、EHT科学委员会成员、荷兰奈梅亨拉德堡德大学助理教授迈克尔・詹森(Michael Janssen)补充说，通过新增望远镜、改进仪器性能以及开发新算法等，年复一年不断扩展和升级EHT。最新成果正是这些多方面升级共同作用产生的科学突破，无疑将引领今后多年的探索方向。
最新发布一组图像揭示M87*黑洞周围的动态环境，表现出不断变化的磁场偏振模式。EHT合作组 供图此次研究发现，2017年至2021年间，M87*黑洞偏振方向发生翻转：2017年磁场呈一方向螺旋，2018年相对稳定，而到2021年则完全反转。这种偏振旋转方向的明显变化可能源于内部磁结构与外部效应(如法拉第屏)的共同作用。偏振的演化反映出黑洞周围的湍动不止的环境，而其中磁场在物质如何落入黑洞以及如何向外释放能量方面发挥着关键作用。
“偏振方向在2017年到2021年的4年间发生翻转是完全出乎意料的。”项目研究合作者、韩国庆熙大学天文学家朴俊浩(Jongho Park)认为，“这既挑战了现有模型，也说明在事件视界附近还有许多我们尚未理解的事情”。
证明EHT巨大科学潜力
研究团队指出，作为2021年观测新增的至关重要的两个望远镜，美国亚利桑那州基特峰望远镜(Kitt Peak)和法国“北半球扩展毫米波阵列”(NOEMA)，显著提升了EHT的灵敏度和成像清晰度，这使得天文学家首次成功通过EHT约束M87*以接近光速远离黑洞的相对论喷流底部的辐射方向。此外，格陵兰望远镜和詹姆斯・克拉克・麦克斯韦望远镜(JCMT)的性能升级也进一步提高观测数据质量。
中国科学院上海天文台沈志强研究员表示，该台科研人员每次前往台站参与现场观测，都能真切地感受到EHT在不断进步。中国天文学家也一直在多方面参与技术革新，例如，目前前沿的多频同时接收、原始数据的相关处理、频率相位传递校准和成图技术等，共同助力推进相关科学突破。
德国马克斯・普朗克射电天文研究所博士后研究员塞巴斯蒂亚诺・冯・费伦伯格(Sebastiano D. von Fellenberg)称，改进的校准技术使EHT数据质量和阵列性能有显著提升，实现首次捕捉到喷流底部的微弱辐射，这种灵敏度的跃升还增强了对微弱偏振信号的检测能力。
类似M87*黑洞这样蕴含超大能量的喷流，通过调节恒星形成和大尺度上的能量分配，在星系演化中发挥着关键作用。这种强大的喷流能产生包括伽马射线和中微子在内的全电磁波辐射，为研究宇宙极端现象的形成机制提供了一个独特的实验室，此次最新发现为破解该机制谜题提供了至关重要的一块拼图。
本项研究结果展示EHT如何发展成为一个成熟的天文台，它不仅能拍出前所未有的黑洞照片，更让研究者能够一步步深化对黑洞物理的认知。“每一次新的观测都在拓宽我们的研究边界――无论是等离子体和磁场的动力学过程，还是黑洞在宇宙演化中扮演的角色，这些都充分证明EHT具有巨大的科学潜力。”EHT项目科学家、意大利那不勒斯大学天文学教授玛丽亚费利西亚・德劳伦蒂斯(Mariafelicia De Laurentis)总结说。(完)
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