「凝视深渊」！高清的黑洞你见过吗？EHT公布黑洞在偏振光下的样子

新智元报道

来源：MIT News

编辑：LQ

【新智元导读】还记得2年前EHT天文学家发布的史上第一张黑洞照吗？网友大呼「高糊」、像「甜甜圈」，昨天，EHT发布了史上第一张「高清」黑洞照，这次的黑洞「眉眼清晰」，你觉得它还像甜甜圈吗？

黑洞换头像了！

刚刚，事件视界望远镜（EHT）团队又为揭秘M87超大质量黑洞提供了一个崭新视角：黑洞在偏振光下的样子。

这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。

当我们向遥远的M87星系中心看去，你会看到——

这一结果对解释距离我们地球5500万光年的M87星系如何从其核心向外传播能量巨大的喷流至为关键。

黑洞头像终于不是「高糊」了

这次的清晰度总不会还有人说「高糊」了吧！

2019年4月10日，数百名科学家参与合作的「事件视界望远镜」（EHT）项目在全球多地同时召开新闻发布会，发布了人类拍到的「首张」黑洞照片。

当时网友大呼「高糊」！

图中心的暗弱区域即为「黑洞阴影」（图源：EHT）

但此次发布的新照片，其实与首张黑洞照片来自于同一批成像观测，是「黑洞在偏振光下的影像」。

比黑洞更大的是人类的脑洞，网友将黑洞图像比作「索伦之眼」

这次「索伦之眼」更清晰了。

偏振图像解释：等离子体流形成黑洞喷流

天文学家用偏振光直接成像来研究黑洞。

当光线通过某些过滤器，比如偏光太阳镜的镜片，或者光线发射到被磁化的高温区域时，就会变成「偏振」。

同样，偏光太阳镜只能传输来自太阳光线的特定方向的电场，天文学家可以通过安装在望远镜中的偏振片获得来自外层空间的光的电场方向的信息。

具体来说，偏振使天文学家能够绘制出存在于黑洞内边缘的磁力线。

利用偏振可以了解磁场强度和方向，还可以了解磁场有序程度，甚至可以了解我们和发射无线电波的物质之间那些看不见的物质。

从M87核心发出的能量和物质喷射距离其中心至少5000光年，是该星系最神秘和能量最高的特征之一。

大多数靠近黑洞边缘的物质都会掉进去。然而，一些周围的粒子在被捕获之前「逃逸」，并以喷流的形式进入太空。

艺术家对M87星系中心极端环境的描摹，一个巨大的宇宙喷流从黑洞中央喷出

天文学家通过黑洞附近不同的物质行为模型来理解这一过程，但仍然不知道比银河系还要巨大的喷流是如何从黑洞的中心区域发射出来的，这个区域和太阳系一样小，也不知道物质是如何落入黑洞的。

这次EHT发布的新图像以及其在偏振光下的阴影，天文学家们第一次成功地观察到了黑洞外部区域，在这里物质流入和被喷出之间的相互作用在不断发生。

天文学家从这些观测结果得到了黑洞外部磁场结构的新信息。他们发现，只有具有强磁化气体的理论模型才能解释在黑洞周围所观测到的东西。

该项目的一名研究成员解释：「新的偏振图像表明，强大的喷流是由黑洞附近的排列磁场所捕捉的等离子体流形成的，抵抗了黑洞强大的引力。」

事件视界望远镜项目

在黑洞周围，光线不能逃脱的临界范围被称为黑洞的半径或「事件视界」。

对这个特殊区域，人类动用口径相当于地球直径的「虚拟望远镜」，探寻黑洞留下的种种「蛛丝马迹」。

根据霍金的理论，黑洞「事件视界」并非「有去无来」的单行车道。尽管物体一旦被吸入黑洞就会永远消失，但如果经过数十亿年的时间，黑洞可能会「渗出」一些被吸入物质的蛛丝马迹。

由于黑洞非常遥远且半径很小，以往设施没有足够的分辨率来直接观测黑洞，而是用观察周围恒星运动、吸积盘和喷流乃至引力波等间接方法来进行探测。

为了提高望远镜空间分辨率，来自全球多个国家30多个研究所的200多名科研人员开展了一项庞大的观测计划，他们将分布在全球不同地区的多个射电望远镜组成一个阵列进行联合观测，这就相当于获得了一个口径宛如地球大小的巨型望远镜，这就是「事件视界望远镜」项目。

分布在世界各地的8台望远镜包括智利北部的阿塔卡马大型毫米波/亚毫米波阵列（ALMA）和阿塔卡马探路者实验（APEX），这个虚拟地球大小的望远镜 EHT分辨率可以实现在月球表面测量「信用卡」长度。

其中，ALMA 在整个过程中起着核心作用: 它位于中心位置，将EHT天线阵连接在一起，而且它也是天线阵中最灵敏的望远镜，因此它对于充分利用 EHT数据至关重要，此外，多年来 ALMA 偏振分析的工作成果远远超出了天文学家的想象。

EHT团队由13个相关机构组成: 中央研究院天文及天文物理研究所（中国台湾）、亚利桑那大学、芝加哥大学、东亚天文台、法兰克福大学、毫米波电波天文学研究所（法国）、大型毫米波望远镜（墨西哥）、马克斯·普朗克射电天文学研究所（德国）、麻省理工海斯塔克天文台、日本国立天文台、普里美特理论物理研究所（加拿大）、奈梅亨拉德堡德大学（荷兰）和哈佛-史密松天体物理台。

今天，EHT合作的两篇论文正式发表在《天体物理学杂志通讯》。

EHT合作成员、上海天文台路如森研究员说：「黑洞的偏振成像结果十分令人兴奋，因为这对理解黑洞周围的磁场及物理过程至为关键。」

EHT合作成员、上海天文台江悟副研究员补充道：「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。

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。

参考资料：

https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/abe71d

https://news.mit.edu/2021/astronomers-image-magnetic-fields-edge-m87s-black-hole-0324

https://weibo.com/caskepu?refer_flag=1001030103_

http://www.shao.cas.cn/2020Ver/xwdt/kyjz/202103/t20210323_5982311.html

http://www.xinhuanet.com/tech/2019-04/10/c_1210104870.htm