作者
冯思远
审核
黄坚
编辑
刘蜜
在年5月12日的“来自事件视界望远镜的关于银河系中心的突破性成果发布会”上,全球多地的天文学家公布了位于银河系中心的黑洞人马座A*(SagittariusA*)的照片。它长这样:
人马座A*黑洞的图像(图片来源于EHT合作组织)
一眼望去,是熟悉的漆黑背景,熟悉的外围光环,和中间熟悉的黑洞……这不是和M87*差不多嘛!那么和它的“大哥”M87*的图片相比,银心黑洞人马座A*究竟有何区别?我们的第一张黑洞照片为何不能直接拍银河系中心黑洞呢?
银河系中心黑洞首张照片的合成(图片来源于EHT合作组织)
先回答第二个问题,我们舍近求远是有原因的。
M87星系虽然离我们更远,但是其中心黑洞的事件视界却比银河系中心黑洞大了多倍。所以M87中心黑洞附近的气体绕转一周需要很多天,而银心黑洞周围气体绕转一周最短只用几分钟。这就导致了二者的不同:银河系中心黑洞存在快速时变,在短时间内银心亮度存在较大的变化。
相比之下,由于体积较大,M87*的亮度变化则小得多。如果说为M87中心黑洞成像时它的天气是阳光明媚,那么银心黑洞周围的环境简直就是雷雨交加。不管是M87还是银河系,星系中心超大质量黑洞照片,都是由多张图片提取共同特征后再经过分类、平均而成,这也是人马座A*照片上有3个亮区的原因。所以在为银心黑洞成像时,需要“拍摄”更多的图片来做平均,也需要用到新的数据处理和分析工具,这为银心黑洞的拍摄增加了不小的难度。
因此,在公布了M87*照片后,我们又等待了3年的时间,天文学家才将人马座A*的容貌展现在我们面前。
银心快速时变和两次黑洞照片的拍摄对比(图片来源于EHT合作组织)
而对于第一个问题:相比于M87中心黑洞,银心黑洞人马座A*究竟有何区别?其实我们已在第二个问题的回答中略提了一些。
首先就距离来说人马座A*距离地球近了许多,相较于M87中心黑洞万光年的遥远长征,人马座A*2.7万光年的距离显得友善了很多。其次,人马座A*的质量只有约万倍太阳质量,与M87的65亿倍太阳质量相差约倍(后者是目前宇宙中所知质量最大的黑洞之一)。这也直接导致了虽然其距离较近,但过小的角直径、银心周围复杂的环境导致对其成像极其困难。最后,相较于M87中心黑洞拥有绵延几千光年的等离子体喷流的宏伟景象,尽管根据现有模型预测人马座A*存在类似的暗弱许多的喷流,但在EHT在年的观测灵敏度下人类暂时未能发现喷流带来的辐射。
人马座A*与M87*对比图(图片来源于上海天文台发布会直播)
那么在发布成果之后,科学家们还会展哪些工作呢?因为已经有了两个黑洞的图像和其他数据,所以科学家们可以针对这两个超大质量黑洞的差异展开研究,检验超大质量黑洞周围气体行为的相关理论和模型,和进一步更深入地检验极端环境下的引力。
同时,EHT项目也并没有停下观测的脚步。全球各地正在有更多的望远镜参与到了EHT项目中,随着项目规模的扩大和技术革新,下一代事件视界望远镜(ngEHT)应运而生:它将有更多的台站,更大的数据带宽并实现对于1.3毫米和0.87毫米波段的同时观测。
未来,科学家们将拍摄银河系中心黑洞的“电影”,来进行更精准的广义相对论检验和获取黑洞更多的物理信息。
下一代事件视界望远镜与后续观测目标示意图(图片来源于上海天文台发布会直播)
中国也正在事件视界望远镜项目总发挥更多作用。据上海天文台的EHT合作国内协调人沈志强介绍,中国正在规划建设亚毫米波VLBI望远镜,未来将参与到对银河系中心超大质量黑洞的不间断观测中。
想了解更多内容可复制参考资料5链接回顾上海天文台的发布会。
参考资料
1、来自事件视界望远镜的关于银河系中心的突破性成果发布视频:银河系中心黑洞人马座A*(SgrA*)首张照片发布,哔哩哔哩,