人类首次“看见”的黑洞,有了偏振图像

  还记得两年前发布的那张轰动世界的黑洞照片吗?3月24日,曾成功捕获首张黑洞照片的事件视界望远镜(EHT)合作组织,又为揭秘M87超大质量黑洞提供了一个崭新视角:它在偏振光下的影像。

  2019年4月10日,科学家们发布了有史以来的首张黑洞图片,揭示了一个明亮的环状结构及其黑暗的中央区域——黑洞的阴影。此后,EHT合作组织深入研究了2017年收集到的M87星系中心超大质量黑洞的数据。他们发现,M87黑洞周围的相当一部分光是偏振的。

  此次的黑洞偏振图像是天文学家第一次在如此接近黑洞边缘处测得表征磁场特征的偏振信息,该结果对理解距离我们5500万光年的M87星系如何产生能量巨大的喷流十分关键。据悉,来自全球多个组织和大学的300多名研究人员参与了这项研究。中国科学院上海天文台牵头组织协调包括8位台内研究人员在内的国内学者参与了此次的EHT合作。为了观测M87星系的中心,这项合作将世界各地的8台望远镜连接起来,创建了一个虚拟的类似地球大小的望远镜——EHT。EHT的分辨本领相当于在地球上看清月面一张信用卡所需的分辨率。这使研究团队能够直接观察到黑洞的阴影以及环绕的光环,新的偏振图像清楚地显示出该光环是磁化的。

  新的黑洞及其阴影的EHT偏振图像,使天文学家首次成功探究黑洞外缘区域,在那里物质可能被吸入或被喷射出来。观测结果提供了有关黑洞外缘磁场结构的新信息。研究团队发现,只有以强磁化气体为特征的理论模型才能解释在事件视界看到的情况。

  美国科罗拉多大学博尔德分校助理教授、EHT理论工作组协调员杰森·德克斯特解释说:“观测结果表明,黑洞边缘的磁场非常强,其作用力足以使得高温气体能够抵御引力的拉扯。只有溜过磁场的气体才能以旋进的方式进入到事件视界。”

  从观测上直接接近黑洞的边缘,从而在几个史瓦西半径的尺度上不断探索黑洞周围的时空特性和物理过程,这代表着人类认识宇宙手段的一大突破。

  EHT合作成员、上海天文台江悟副研究员说:“常规VLBI偏振测量就很困难,EHT得到这个偏振图像更是充满挑战。”这也可以理解为什么在首张黑洞图像出炉后,偏振图像的面世又花费了近两年的时间。

  值得注意的是,EHT合作在M87黑洞首次成像后,提出了下一代EHT计划,并规划在近10年内完成。该计划通过在地球上布设更多的亚毫米波望远镜、增加观测灵敏度及频率覆盖等来提升黑洞成像的质量并提供更多观测信息,尤其是要提升成像速度以进一步制作黑洞动画。

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