由中研院与国际团队合作使用新的毫米波段观测，成功拍摄到M87黑洞吸积流和强大喷流，首度证实星系中心超大质量黑洞附近的吸积流与喷流起源间的联系。
图说：M87喷流和黑洞阴影在毫米波段的VLBI影像，由加入了ALMA和格陵兰望远镜的GMVA取得。 图片来源：Lu， Asada， et al. （2023）
为了观测黑洞，需要建构一个跟地球一样大的电波望远镜阵列，为了达成这个目标，天文学家运用特长基线干涉法技术，链接分布全球各地的望远镜，让这些千里外的望远镜形成一个和地球一样大的虚拟望远镜，其解析力更是远超过任何单一望远镜。
目前有2个国际合作计划串联起全球电波望远镜，分别是《事件视界望远镜》（Event Horizon Telescope，EHT）及《全球毫米波特长基线阵列》（Global mm-VLBI Array，GMVA）。 两者以不同的波长频段观测，EHT用1.3毫米波长观测取得黑洞的阴影影像;而GMVA则使用3.5毫米波长观测，重点在于捕捉黑洞附近的吸积和喷流性质。 其中EHT已于2019年及2022年公布人类史上第1张M87黑洞影像及第2张银河系中心超大质量黑洞人马座A星影像。
此次取得的黑洞吸积流及喷流成像，是由2018年阿塔卡玛大型毫米及次毫米波阵列望远镜（ALMA）与格陵兰望远镜（GLT）加入GMVA全球连线观测的成果。 这二座望远镜的加入，提高了整体的分辨率和灵敏度，首度能在3.5毫米波长下对M87星系中心的环状结构成像，强化了GMVA计划的成像能力。 GMVA测得环的直径为64微角秒，相当于航天员在月球上回望地球时看到的自拍环形补光灯的大小（约13公分），比EHT用1.3毫米波长观测到的直径大50%，与该区域的相对论性电浆辐射相符。
图说：不同波长观测的M87黑洞阴影影像，左：GMVA（3.5毫米），右：EHT（1.3毫米）。 图片来源：Lu， Asada， et al. （2023）; the EHT Collaboration; composition by F. Tazaki
研究人员表示这次用3.5毫米波长观测M87黑洞，发现环变大变厚，这说明新的影像中看到落入黑洞的物质产生额外的辐射。 M87黑洞周围发出的光是由高能电子和磁场间的相互作用产生，这种现象称为同步辐射。 在3.5毫米波长的观测下，将揭示这些电子的位置和能量的更多细节。 这个黑洞不是很饿！ 它以低速率消耗物质，仅将一小部分物质转化为辐射。 从数值模拟的理论模型中，确定了影像中的环状结构与吸积流有关。 观测数据发现靠近黑洞内部区域发出的辐射比预期的要宽，这可能意味着不仅有气体落入其中，也有风吹出来，导致黑洞周围出现紊流和混沌。
对M87黑洞的探索并未结束，未来随着强大望远镜的加入，毫米波的观测将探索M87黑洞随时间的演化，并提供黑洞在电波波段的多种影像，探索物质如何吸积到黑洞以及如何从黑洞附近喷发出来。 相关研究成果发表于《Nature》期刊上。 （编辑/赵瑞青）
图说：参与2018年GMVA+GLT+ALMA联合观测的电波望远镜分布图。 图片来源：Kazunori Akiyama （MIT/HO）
资料来源：中研院
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