首次同时看到黑洞的影子和强大的喷流

一个国际科学家团队，包括阿尔托大学的研究人员，使用新的毫米波长观测产生了一幅图像，该图像首次显示了揭示物质落入中心黑洞的环状结构和强大的相对论射电星系Messier87中的喷射流。

该图像首次强调了中央超大质量黑洞附近的吸积流与喷流起源之间的联系。

新的观测结果是通过全球毫米波超长基线阵列(GMVA)获得的，辅以分相阿塔卡马大毫米/亚毫米阵列(ALMA)和格陵兰望远镜(GLT)。这两个天文台的加入大大增强了GMVA的成像能力。结果发表在最新一期的《自然》杂志上。

上海天文台的陆如森说：“以前，我们在不同的图像中同时看到了黑洞和喷流，但现在我们用新波长拍摄了黑洞及其喷流的全景照片，”他还领导着中国科学院的马克斯普朗克研究小组。

周围的物质被认为在一种称为吸积的过程中落入黑洞，但没有人直接对它进行成像。

'我们之前看到的环在3.5毫米观察波长处变得越来越大和越来越厚。这表明落入黑洞的物质会产生额外的辐射，现在可以在新图像中观察到。这让我们对黑洞附近的物理过程有了更完整的了解，”他补充道。

ALMA和GLT参与GMVA观测以及由此带来的洲际望远镜网络分辨率和灵敏度的提高，使得首次在3.5毫米波长下对M87中的环状结构成像成为可能。

GMVA测得的环直径为64微弧秒，相当于宇航员在月球上回望地球时看到的小型(5英寸/13厘米)自拍环形灯的尺寸。根据对该区域相对论等离子体发射的预期，该直径比事件视界望远镜在1.3毫米处观察到的直径大50%。

“通过将ALMA和GLT添加到GMVA观测中，大大提高了成像能力，我们获得了新的视角。我们确实看到了我们从早期VLBI观测中了解到的三脊射流，”波恩马克斯普朗克射电天文学研究所(MPIfR)的ThomasKrichbaum说。

“但现在我们可以看到射流是如何从中心超大质量黑洞周围的发射环中出现的，我们也可以在另一个(更长的)波长下测量环的直径。”

阿尔托大学Metsähovi射电天文台的14米射电望远镜是为新图像收集数据的站点之一。

阿尔托大学的资深科学家、该论文的合著者TuomasSavolainen表示，Metsähovi射电天文台参与GMVA测量活动已有十多年，自1990年代中期以来，参与了一般3.5毫米的VLBI观测.

“我们在Metsähovi的射电望远镜是2018年参与这些观测的欧洲仅有的五个站之一。能够在3.5毫米波长下进行测量的天线并不多，这使得在Metsähovi收集的数据很有价值，”他说。

“事件视界望远镜的图像显示了M87中的黑洞阴影，但由于参与其中的望远镜数量很少，这些观测无法检测到更弱和更长的射流。能够观测1.3毫米波长的望远镜比观测3.5毫米波长的望远镜更少，”Savolainen说。

M87发出的光是由高能电子和磁场之间的相互作用产生的，这种现象称为同步辐射。在3.5毫米波长下进行的新观察揭示了有关这些电子的位置和能量的更多细节。

他们还告诉我们一些关于黑洞本身的性质：它不是很饿。它以低速率消耗物质，仅将一小部分物质转化为辐射。中央研究院天文与天体物理研究所浅田敬一解释说：

“为了了解更大更厚的圆环的物理起源，我们不得不使用计算机模拟来测试不同的场景。结果，我们得出结论，环的较大范围与吸积流有关。

日本国家天文台的KazuhiroHada补充说：“我们在数据中还发现了一些令人惊讶的事情：靠近黑洞内部区域的辐射比我们预期的要宽。这可能意味着不仅仅是气体落入。也可能有风吹出，在黑洞周围造成湍流和混乱。

进一步了解Messier87的探索并未结束，因为进一步的观察和一系列强大的望远镜继续解开它的秘密。

韩国天文学和空间科学研究所的JonghoPark说：“未来在毫米波长下的观测将研究M87黑洞的时间演化，并提供黑洞的多色视图以及射电光下的多色图像。”

其中一些新观测将在今年春天进行，Metsähovi射电天文台将再次参与其中。

'3.5毫米是我们目前工作的最短波长，这些观测需要良好、干燥的天气条件。幸运的是，这里四月的天气通常很好。几年后，我们将为我们的望远镜配备一个新的接收器，可以同时在很宽的波长范围内进行观测，”Metsähovi射电天文台运营工程师PetriKirves说。

“然后我们将能够更好地纠正由大气引起的数据失真，并获得更高质量的图像”。