跳动城乡网M87超大质量黑洞周围环的亮度峰值在一年内逆时针移动了30度。事件视界望远镜联盟发布的新图像证明了这一点。
在荷兰天文学家的贡献下，事件视界望远镜 (EHT) 合作组织利用 2018 年 4 月的观测数据发布了位于梅西耶 87 星系中心的超大质量黑洞M87* 的新图像。新投入使用的格陵兰望远镜以及整个阵列的记录速率显着提高，2018 年的观测结果为我们提供了独立于 2017 年首次观测的源视图。
最近发表在《天文学与天体物理学》杂志上的一篇题为“M87 超大质量黑洞的持久阴影”的论文展示了 2018 年数据中的新图像，揭示了一个熟悉的环，其大小与 2017 年观测到的环相同。这个明亮的环围绕着一个深深的中央凹陷，正如广义相对论所预测的那样，“黑洞的阴影” 。令人兴奋的是，与 2017 年的图像相比，环的亮度峰值移动了约 30°，这与我们对黑洞周围湍流物质变化的理论理解是一致的。
黑洞的影子
“科学的一个基本要求是能够重现结果，”中央研究院天文与天体物理研究所副研究员浅田敬一博士说。“在全新的数据集中确认环是我们合作的一个巨大里程碑，并强烈表明我们正在研究黑洞阴影及其周围的物质。”
2017年，EHT拍摄了第一张黑洞图像。这个天体 M87* 是巨型椭圆星系 Messier 87 跳动的心脏，距离地球 5500 万光年。黑洞的图像显示出一个明亮的圆环，环的南部部分更亮。对数据的进一步分析还揭示了偏振光下 M87* 的结构，使我们能够更深入地了解黑洞周围磁场的几何形状和等离子体的性质。
以对 2017 年 M87* 观测结果的广泛分析为引领，黑洞直接成像的新时代打开了一个新的窗口，让我们能够研究黑洞天体物理学，并让我们能够在基本层面上检验广义相对论。我们的理论模型告诉我们，M87*周围的物质状态在2017年和2018年之间应该是不相关的。因此，对M87*的多次观测将帮助我们对黑洞周围的等离子体和磁场结构施加独立的约束，并帮助我们解开纠缠广义相对论影响下的复杂天体物理学。
格陵兰岛和墨西哥的望远镜
为了帮助完成令人兴奋的新科学，EHT 正在不断发展。格陵兰望远镜于 2018 年首次加入 EHT，当时距其在北极圈上空的建造完成仅五个月。这台新望远镜显着提高了 EHT 阵列的图像保真度，提高了覆盖范围，特别是在南北方向上。大型毫米波望远镜也首次以50 m全面参赛，大大提高了灵敏度。EHT 阵列也进行了升级，可以在 230 GHz 左右的四个频段进行观测，而 2017 年只有两个频段。
使用改进的阵列进行重复观察对于证明我们研究结果的稳健性并增强我们对结果的信心至关重要。除了突破性的科学之外，EHT 还充当高频电干涉测量尖端发展的技术测试平台。
“推进科学事业需要不断提高数据质量和分析技术，”博士罗汉·达哈尔 (Rohan Dahale) 说。西班牙安达卢西亚天文研究所 (IAA-CSIC) 的候选人。“将格陵兰望远镜纳入我们的阵列填补了我们地球大小的望远镜的关键空白。2021 年、2022 年和即将到来的 2024 年观测见证了该阵列的改进，激发了我们推动黑洞天体物理学前沿的热情。”
独立的成像和建模技术
对 2018 年数据的分析采用了八种独立的成像和建模技术，包括之前 2017 年 M87* 分析中使用的方法以及根据合作分析 Sgr A* 经验开发的新方法。
2018 年拍摄的 M87* 图像与我们在 2017 年看到的非常相似。我们看到一个相同大小的明亮环，中心区域较暗，环的一侧比另一侧更亮。M87* 的质量和距离在人的一生中不会明显增加，因此广义相对论预测环直径应每年保持不变。2017 年至 2018 年图像中测量直径的稳定性有力地支持了广义相对论很好地描述了 M87* 的结论。
加州理工学院 (Caltech) 前研究生、现博士后尼蒂卡·亚德拉帕利·尤克 (Nitika Yadlapalli Yurk) 博士说：“黑洞的一个显着特性是，它的半径很大程度上取决于一个量：它的质量。”加州喷气推进实验室研究员。“由于 M87* 不会快速吸积物质(这会增加其质量)，广义相对论告诉我们，它的半径在人类历史上将保持相当不变。看到我们的数据证实了这一预测，真是令人兴奋。”
虽然黑洞阴影的大小在 2017 年至 2018 年间没有变化，但环周围最亮区域的位置确实发生了显着变化。明亮区域逆时针旋转约 30°，位于圆环右下角约 5 点钟位置。历史上使用灵敏度较低的阵列和较少的望远镜对 M87* 进行的观测也表明，阴影结构每年都会发生变化，但精度较低。虽然 2018 EHT 阵列仍然无法观测到从 M87* 喷出的喷流，但从环周围最亮区域的位置预测的黑洞自旋轴与在其他波长下看到的喷流轴更加一致。
根据预测
中央研究院天文与天体物理研究所博士后研究员 Britt Jeter 博士说：“最大的变化，即亮度峰值在环周围移动，实际上是我们在 2019 年发表第一份结果时所预测的。”
“虽然广义相对论说环的大小应该保持相当固定，但黑洞周围湍流、混乱的吸积盘的发射将导致环的最亮部分围绕共同中心摆动。随着时间的推移，我们看到的摆动量是我们可以用它来测试我们关于黑洞周围磁场和等离子体环境的理论。”
