史上首次捕捉到黑洞“吸积盘”影像

Published 27 Apr.2023 09:03(KST)

含韩国天文研究院在内的4名韩国研究人员参与国际联合团队
同时捕捉到M87星系中心超大质量黑洞阴影与喷流

韩国研究团队在首次同时捕捉到位于M87星系中心的超大质量黑洞阴影和强大喷流方面发挥了决定性作用，并且史上首次确认了M87黑洞吸积盘的形态。

黑洞的吸积盘和喷流示意图。图片来源韩国天文研究院提供。

韩国天文研究院（Korea Astronomy and Space Science Institute，KASI）27日表示，包括资深研究员 Park Jongho 在内的国际联合研究团队将上述研究结果发表于当天的国际学术期刊《自然》（Nature）。

国际联合研究团队利用国际毫米波甚长基线干涉阵列（Global Millimeter Very Long Baseline Interferometry Array，GMVA）、位于智利的阿塔卡马大型毫米/次毫米波阵列（Atacama Large Millimeter/submillimeter Array，ALMA）以及格陵兰望远镜（Greenland Telescope，GLT）开展观测。通过这些望远镜的参与，研究团队发现了此前在事件视界望远镜（Event Horizon Telescope，EHT）黑洞成像中无法确认的物理现象。

黑洞凭借强大引力吸收周围物质，人们一直预期这些物质会在黑洞中心部形成吸积盘结构。黑洞本身并不发出任何光，它是通过引力“吞噬”附近气体而产生辐射。只要气体具有哪怕微弱的自转，在被吸积时其转速就会加快，从而形成吸积盘。迄今为止，关于黑洞吸积盘存在的证据多为间接证据，从未有过将吸积盘结构分解并成像的例子。通过本次观测，研究团队发现，从吸积盘发出的光在形成黑洞周围的环状结构方面发挥着重要作用，同时也证实了此前关于像M87这类质量巨大的椭圆星系中的黑洞会缓慢吸收周边物质的预言。

国际联合研究团队在比EHT观测所用波段（1.3毫米）更长的3.5毫米波段上发现了黑洞周围的环状结构。观测到的环状结构尺度比EHT观测到的环状结构大约大50%。在1.3毫米波段的EHT图像中，只能看到黑洞附近的“光子环”；而在更长波段观测得到的GMVA+ALMA图像中，除了光子环，还同时捕捉到了来自尺度大于黑洞本体的外侧吸积盘等离子体的辐射。

利用GMVA和ALMA观测到的M87黑洞。可以同时看到黑洞的吸积盘结构（左侧放大图像）以及从黑洞喷射出的喷流。图片来源为KASI提供

尤其是，研究团队史上首次同时捕捉到了M87黑洞的“阴影”和喷流（气体与液体等物质的高速流动）。这一结果表明，黑洞不仅会以强大引力吸收周围物质，还会形成高速运动的喷流，从而可能影响远离黑洞的恒星和星系的演化。

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此次发现中，由KASI参与运行的ALMA发挥了关键作用。ALMA大幅提高了图像的灵敏度和南北方向分辨率，使得史上首次在3.5毫米波段发现环状结构成为可能。韩国研究团队参与了甚长基线干涉阵列数据的误差消除以及将数据转换为图像的过程，为研究作出贡献。包括KASI在内的韩国研究团队计划利用韩国宇宙射电观测网（KVN）、由天文研究院参与运行的夏威夷詹姆斯·克拉克·麦克斯韦望远镜（James Clerk Maxwell Telescope，JCMT）、GMVA和ALMA，对M87黑洞在一个月内进行四次集中追加观测。在此基础上，研究人员将继续探究在M87中观测到的强喷流的形成机制，以及黑洞周围等离子体随时间推移如何发生变化。