黑洞喷出强大射流的第一张直接图像

天文学家首次在同一张图片中观察到梅西耶 87 (M87) 星系中心的黑洞阴影和从中喷出的强大喷流。这些观测是在 2018 年使用全球毫米 VLBI 阵列 (GMVA)、阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列 (ALMA) 和格陵兰望远镜 (GLT) 的望远镜完成的，ESO 是其中的合作伙伴。多亏了这张新图片，天文学家才能更好地理解黑洞是如何发射这种高能射流的。

大多数星系的中心都有一个超大质量黑洞。虽然黑洞以吞噬附近的物质而闻名，但它们也可以发射强大的物质射流，延伸到它们所在的星系之外。了解黑洞如何产生如此巨大的射流一直是天文学中一个长期存在的问题。“我们知道喷流是从黑洞周围的区域喷射出来的， ”中国上海天文台的 Ru-Sen Lu 说，“但我们仍然不完全了解这是如何发生的。为了直接研究这一点，我们需要尽可能靠近黑洞观察喷流的起源。”

今天发布的新图像首次准确地展示了这一点：射流的底部如何与围绕超大质量黑洞旋转的物质相连。目标是距离我们 5500 万光年的 M87 星系，这里有一个比太阳大 65 亿倍的黑洞。之前的观测已经成功地分别对靠近黑洞和喷流的区域进行了成像，但这是第一次同时观测到这两个特征。“这张新图像通过同时显示黑洞和喷流周围的区域来完成图片，”韩国庆北国立大学和德国马克斯普朗克射电天文学研究所的 Jae-Young Kim 补充道。

该图像是使用 GMVA、 ALMA 和 GLT获得的，形成了全球范围内的射电望远镜网络，作为一个虚拟的地球大小的望远镜一起工作。如此庞大的网络可以辨别 M87 黑洞周围区域的非常小的细节。

新图像显示了黑洞附近出现的喷流，以及科学家所说的黑洞阴影。当物质围绕黑洞运行时，它会升温并发光。黑洞弯曲并捕获了部分光线，从地球上看，在黑洞周围形成了一个环状结构。圆环中心的黑暗是黑洞阴影，它 于 2017 年由事件视界望远镜 (EHT) 首次拍摄到。这张新图像和 EHT 图像都结合了全球多个射电望远镜拍摄的数据，但今天发布的图像显示无线电光发射的波长比 EHT 更长：3.5 毫米而不是 1.3 毫米。“在这个波长下，我们可以看到喷流是如何从中央超大质量黑洞周围的发射环中出现的，”马克斯·普朗克射电天文学研究所的 Thomas Krichbaum 说。

与事件视界望远镜图像相比，GMVA 网络观测到的环的大小大约大 50%。“为了了解更大更厚环的物理起源，我们不得不使用计算机模拟来测试不同的场景， ”台湾中央研究院的 Keiichi Asada 解释说。结果表明新图像揭示了更多正在落向的物质黑洞比用 EHT 可以观察到的黑洞还要大。

这些对 M87 黑洞的新观测是在 2018 年与 GMVA 一起进行的，GMVA 由欧洲和北美的 14 台射电望远镜组成 [1]。此外，还有另外两个设施与 GMVA 相关联：格陵兰望远镜和 ALMA，其中 ESO 是合作伙伴。ALMA 由位于智利阿塔卡马沙漠的 66 个天线组成，它在这些观测中发挥了关键作用。全世界所有这些望远镜收集的数据都使用一种称为 干涉测量的技术组合在一起，它同步每个单独设施的信号。但要正确捕捉天体的实际形状，重要的是将望远镜遍布地球。GMVA 望远镜大多是东西向排列的，因此在南半球增加 ALMA 被证明对于捕捉 M87 黑洞的喷流和阴影图像至关重要。“由于 ALMA 的位置和灵敏度，我们可以揭示黑洞阴影，同时更深入地观察射流的发射，”Lu 解释道。

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