“旋转烟花”！更高清的黑洞照片公布 中国天文学家深度参与

神秘的黑洞是宇宙中最难观察的天体，但就在24日，人类对黑洞的探索又有了重大进展！八名中国天文学家深度参与的研究公布了最新成果：一张更高清更高能的黑洞照片——它看起来像旋转的烟花。

人类捕获首张黑洞照片两年后，新图像公开

北京时间3月24日晚10点，中国科学家参与的事件视界望远镜（ETH）合作组织公布最新研究成果：偏振光下M87超大质量黑洞的影像。这是继两年前成功捕获人类有史以来首张黑洞照片后的最新进展，也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。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。

新公布的黑洞在偏振光下的影像 来源/EHT

两年前公布的首张黑洞照片 来源/EHT

两年前公布的首张黑洞照片酷似“甜甜圈”。新照片与之相比似乎区别不大，但仔细看还是能发现不同。如果说首张照片让科学家看到了“甜甜圈”的外表，那此次的成果，让科学家看清了“甜甜圈”的“纹理”，更能通过“纹理”了解“甜甜圈”的物理性质。

黑洞研究的又一个里程碑

对于研究黑洞的天文学家来说，这项工作是一个重要的里程碑：偏振光所携带的信息能让我们更好地理解2019年4月发布的首张黑洞图像背后的物理机制，这在以前是不可能的。

“黑洞的偏振成像结果，对理解黑洞周围的磁场及物理过程至为关键。”EHT合作成员、上海天文台研究员路如森解释，过去由于观测精度不够，天文学家只能通过理论模型对其结构和强度进行猜测推导，如今则看到了关键证据。

从M87的核心喷射出来的明亮能量和物质喷流，向外延伸了至少5000光年，是该星系最神秘、最壮观的特征之一。大部分靠近黑洞边缘的物质都会落入其中，周围也有一些粒子会在被捕获前的瞬间逃逸并以喷流的形式向外传播。

为了更好地理解这一过程，天文学家构建了不同的关于黑洞边缘物质行为的模型。但他们仍不清楚，比星系尺度还要大的喷流究竟是如何从只有太阳系大小的星系中心区域发射出来的，也不知道物质究竟是如何落入黑洞的。

这幅全新的黑洞及其阴影的EHT偏振图像，使天文学家首次成功探究黑洞外缘区域——在那里，物质可能被吸入或被喷射出来。EHT合作成员、美国普林斯顿理论科学中心研究员安德鲁·查尔说：“这次最新公布的偏振图像是理解磁场如何让黑洞‘吞噬’物质并发出能量巨大的喷流的关键。”

黑洞外缘磁场揭开神秘面纱

当光线通过某些滤光片（如偏光太阳眼镜的镜片），或从被磁化的高温区域发出来时，光就会发生偏振。就像偏光太阳眼镜能减少来自明亮表面的反射和眩光从而帮助我们看得更清楚一样，天文学家可以通过观察来自黑洞边缘的光的偏振特性来锐化他们的视野。具体而言，偏振测量可以让天文学家绘制存在于黑洞边缘的磁力线。

EHT合作成员、上海天文台江悟副研究员表示：“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。

从M87的核心喷射出来的明亮的能量和物质喷流，向外延伸了至少5000光年，是该星系最神秘、最壮观的特征之一。大部分靠近黑洞边缘的物质都会落入其中。然而，周围也有一些粒子会在被捕获前的瞬间逃逸并以喷流的形式向外传播。

为了更好地理解这一过程，天文学家构建了不同的关于黑洞边缘物质行为的模型。但他们仍然不清楚比星系尺度还要大的喷流究竟是如何从星系中心（这一通常只有太阳系般大小）区域发射出来的，也不知道物质究竟是如何落入黑洞的。这个新的黑洞及其阴影的EHT偏振图像，使天文学家首次成功探究黑洞外缘区域，在那里物质可能被吸入或被喷射出来。

观测结果提供了新的有关黑洞外缘磁场结构的信息。研究团队发现，只有以强磁化气体为特征的理论模型才能解释在事件视界看到的情况。

国内团队深度参与

M87超大质量黑洞是目前已知的最大黑洞之一，距离地球5500万光年，相当于65亿个太阳质量。虽然号称“超大质量”，但实际上这种黑洞是一类相当小的天体，以至于几乎不能被直接看到。

为了观测M87星系的中心，这项合作将世界各地的八台望远镜连接起来，创建了一个虚拟的类似地球大小的望远镜——EHT。EHT的分辨本领相当于在地球上看清月面一张信用卡所需的分辨率。

2019年4月10日，由全球13个合作机构共同创建的EHT团队发布了有史以来第一张黑洞照片，揭示了一个明亮的环状结构及其黑暗的中央区域——黑洞的阴影。

此后，EHT合作组织深入研究了这批M87星系中心超大质量黑洞的数据。他们发现，M87黑洞周围的相当一部分光是偏振的。

2019年7月，EHT合作组织在德国马普射电天文研究所召开了偏振校准工作会议。在此后约两年时间里，天文学家们开展了艰苦的工作，开发了多种数据处理方法，终于获得了这幅最新发布的黑洞偏振图像。

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。由中科院上海天文台8名科研人员领衔的国内团队深度参与了该项研究。

EHT合作成员、中科院上海天文台副研究员江悟回忆，工作小组每周要开两次电话会议，为协调各国组员的工作时间，中国科学家往往需要在晚上十点到凌晨1点上线开会。最后，参与偏振校对的三个工作组分别用不同方式得到非常一致的偏振图像，如此漂亮的结果令所有人兴奋不已。

两年复两年 给黑洞“冲洗”照片咋就这么难

“冲洗”黑洞难不难？当然难，否则从拍照到首张照片发布，何需两年。这其中，黑洞阴影的“小”、技术要求极高的观测波段和复杂的数据处理是横在科学家面前的三座大山。那为何在得到黑洞照片后，获取黑洞偏振影像又要花两年？

“首先，黑洞周围光的偏振强度比较弱。再者，EHT会同时采集两路信号，不可避免带来串扰，我们称之为‘偏振泄漏’，这是一个非常小的干扰量，标定并排除这一因素非常困难。我们的大部分工作也是围绕这一点展开的。”EHT合作成员、中科院上海天文台副研究员江悟表示。

这些问题处理难度之大是前所未有的。甄别并去掉混在一块、与目标源偏振辐射强度相当的“偏振泄漏”，黑洞的偏振影像又花费了近两年时间“冲洗”。

上个月中外科学家刚对首个恒星级黑洞作出更精确测量

北京时间2月19日，国际学术期刊《科学》和《天体物理学报》的三篇文章联合发布了对第一个恒星级黑洞天鹅座X1的最新精确测量结果。国家天文台等国际联合科研团队研究发现，天鹅座X1包含了一个21倍太阳质量的黑洞，并且其自转速度极接近光速。1964年被首次发现的天鹅座X1是一个X射线双星系统，除了包含能够产生X射线源的致密星之外，还包含一个蓝巨星。20世纪90年代，越来越多的观测证据表明这个系统中心的致密星应该是黑洞，这也是人类发现的首个恒星级黑洞。

在最新的观测研究中，来自澳大利亚、美国和中国的三个团队分别独立对黑洞的距离、质量、自旋及其演化做了最为精确的测量，最终得到了天鹅座X1黑洞的最新距离为7200多光年，发现此系统包含了一个21倍太阳质量的黑洞，并且黑洞视界面正在以至少95%的光速自转，这是目前人类发现并确认的唯一一个黑洞质量超过20倍太阳质量且自转如此之快的X射线双星系统。

人类对黑洞的探索成果不断。去年10月6日，英国人罗杰·彭罗斯、德国人赖因哈德·根策尔和美国人安德烈娅·盖兹因在黑洞研究中做出的贡献而被授予2020年诺贝尔物理学奖。

（大众网·海报新闻编辑 孙翔 综合央视新闻、大众日报、海报新闻、新民晚报、文汇报、科普中国等）