这个超大质量黑洞吸力巨大

黑洞仍然是宇宙中最神秘的物体之一，但过去几年来，天文学家已经开发出直接对这些强大真空进行成像的技术。而且他们在这方面的技术不断进步。

事件视界望远镜 (EHT) 合作组织是一支国际团队，于 2017 年拍摄了第一张黑洞照片，随后他们又进行了后续观测，重点关注黑洞的磁场。就在本月，另一支天文学家团队创建了同一张图片的 AI 锐化版本。

今天发表在《自然》杂志上的一项新研究描述了这个黑洞的图像，该黑洞以其星系梅西耶 87 (M87) 命名，其周围的碎片圈比 2017 年的观测结果显示的要大得多。

尽管长期以来人们一直假设黑洞在理论上存在，但几十年来天文学家只能在天空中找到黑洞的间接证据。例如，他们会寻找黑洞巨大引力影响其他物体的迹象，例如当恒星沿着特别紧密或快速的轨道运行时，这意味着存在另一个巨大但看不见的伙伴。

但这一切在 2017 年发生了改变，当时 EHT 的全球射电望远镜网络捕获了黑洞的第一个可见证据，这个超大质量黑洞位于距离地球 5700 万光年的星系中心。当这张照片于 2019 年发布时，中心黑洞周围的橙色火环让人联想到《指环王》中的“索伦之眼”。

EHT 将继续直接对位于银河系中心的超大质量黑洞人马座 A* 进行成像，并于 2022 年 5 月发布另一张围绕黑色中心的火橙色甜甜圈的图像。

这种超大质量黑洞通常比我们的太阳大数十亿倍——M87 估计比太阳大 65 亿倍，人马座 A* 比太阳大 400 万倍——被认为存在于大多数星系的中心。所有这些质量的强大引力会拉动任何靠得太近的气体、灰尘和其他多余物质，使其加速到令人难以置信的速度，落向黑洞的边缘，即所谓的事件视界。

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就像水绕着排水管旋转一样，下落的物质会呈螺旋状流动，并凝结成一个扁平的环，即吸积盘。但与排水管周围的水不同，吸积盘中惊人的速度和压力使膨胀的物质加热到发出强大 X 射线辐射的程度。吸积盘以接近光速的速度将辐射和气体喷出黑洞。

EHT 团队已经估计 M87 会产生强制喷流。但第二组结果显示，黑洞周围坍缩物质的环状结构比他们最初估计的要大 50%。

麻省理工学院海斯塔克天文台研究科学家、EHT 合作成员 Kazunori Akiyama 在一份声明中表示：“这是我们首次能够确定环相对于从中心黑洞逸出的强大喷流的位置的图像。现在我们可以开始更深入地解答诸如粒子如何加速和加热等问题，以及黑洞周围的许多其他谜团。”

新的观测是在 2018 年利用全球毫米波甚长基线干涉测量阵列进行的，该阵列是一个由十几台射电望远镜组成的网络，横跨欧洲和美国东西两地。然而，为了获得更精确测量所需的分辨率，研究人员还在北部和南部设立了天文台：格陵兰望远镜和阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列，后者由位于智利高地沙漠的 66 台射电望远镜组成。

“将这两台望远镜纳入全球阵列，南北方向的角分辨率提高了四倍，”麻省理工学院海斯塔克天文台的 EHT 合作成员林恩·马修斯 (Lynn Matthews) 在一份媒体声明中表示。“这大大提高了我们能看到的细节水平。在这种情况下，我们对 M87 星系中心黑洞附近的物理现象的理解有了巨大的飞跃。”

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最近的这项研究关注的是长度约为 3 毫米的无线电波，而不是像 2017 年的原始研究那样长度为 1.3 毫米的无线电波。这可能使更大、更远的环结构成为焦点，而 2017 年的观测却无法做到这一点。

哈佛天体物理学家阿维·洛布（Avi Loeb）表示：“波长越长，发射电子的能量越低。距离黑洞越远，波长越长，发射的电子越亮，这种现象是有可能的。”洛布并未参与这项新研究。

展望未来，天文学家计划在其他波长下观察黑洞，以突显其结构的不同部分和层次，更好地了解这种宇宙巨兽如何在星系中心形成并对星系演化做出贡献。

超大质量黑洞如何产生喷流“并不是一个很好理解的过程”，勒布说。“这是我们第一次观察到喷流的底部。理论物理学家可以用它来模拟 M87 喷流的发射方式。”

他补充说，他希望未来的观测能够捕捉到吸积盘中事件的序列。也就是说，基本上把 M87 发生的事情拍成一部电影。

“可能有一个热点可以追踪，它要么在喷流周围移动，要么朝着喷流移动，”勒布说，这反过来可以解释黑洞这样的野兽是如何获得食物的。