人類首圖黑洞最新研究：為破解宇宙極端現象謎題提供關鍵拼圖

　　中新網北京9月16日電 (記者 孫自法 鄭瑩瑩)還記得人類首次拍攝到黑洞圖片的黑洞嗎？這個距地球約5500萬光年、質量超太陽60億倍的M87星系中心超大質量黑洞(M87*黑洞)自“真容”發布以來，一直廣受關注。

　　通過對M87*黑洞進行多年持續觀測，天文學家最新捕捉到其周圍不斷演變的偏振模式，并在其噴流底部探測到230 GHz(吉赫茲)輻射，為破解宇宙極端現象謎題提供了一塊關鍵拼圖。

　　揭示黑洞偏振輻射演化

　　來自中國科學院上海天文臺的消息說，由全球射電望遠鏡聯合組網的“地球般大小的望遠鏡”——事件視界望遠鏡(EHT)合作組最近發布M87*黑洞新圖像，揭示該黑洞附近偏振輻射如何隨時間演化，發現其偏振方向的出乎意料的翻轉。

　　天文學家還首次在EHT數據中發現連接黑洞環狀結構與噴流底部的延伸輻射的跡象。

　　EHT合作組2019年發布的首張黑洞照片拍攝于2017年，其偏振結果于2021年公布。如今，通過對比分別拍攝于2017年、2018年和2021年的觀測數據，天文學家在揭示黑洞磁場時變方面取得新的重要進展，為理解黑洞周圍極端環境下的物理過程提供了新視角。

　　這一重要天文研究成果論文，9月16日在國際專業學術期刊《天文學與天體物理學》(Astronomy & Astrophysics)上發表。隨著EHT持續提升其觀測能力，這些新成果揭示出M87*黑洞周圍的動態環境并深化了科學家對黑洞物理性質的認知。

　　逼近現有理論模型極限

　　“令人驚嘆的是，黑洞圖像中環狀結構的大小在4年內保持一致，證實了愛因斯坦廣義相對論預言的黑洞陰影，但其偏振模式卻發生了顯著變化。”本項合作研究共同負責人、美國哈佛-史密森尼天體物理中心天文學家保羅·蒂德(Paul Tiede)指出，這表明事件視界附近磁化等離子體遠非靜止不變的，而是時刻變化且極其復雜的，正在逼近現有的理論模型的極限。

　　合作研究負責人之一、EHT科學委員會成員、荷蘭奈梅亨拉德堡德大學助理教授邁克爾·詹森(Michael Janssen)補充說，通過新增望遠鏡、改進儀器性能以及開發新算法等，年復一年不斷擴展和升級EHT。最新成果正是這些多方面升級共同作用產生的科學突破，無疑將引領今后多年的探索方向。

　　此次研究發現，2017年至2021年間，M87*黑洞偏振方向發生翻轉：2017年磁場呈一方向螺旋，2018年相對穩定，而到2021年則完全反轉。這種偏振旋轉方向的明顯變化可能源于內部磁結構與外部效應(如法拉第屏)的共同作用。偏振的演化反映出黑洞周圍的湍動不止的環境，而其中磁場在物質如何落入黑洞以及如何向外釋放能量方面發揮著關鍵作用。

　　“偏振方向在2017年到2021年的4年間發生翻轉是完全出乎意料的。”項目研究合作者、韓國慶熙大學天文學家樸俊浩(Jongho Park)認為，“這既挑戰了現有模型，也說明在事件視界附近還有許多我們尚未理解的事情”。

　　證明EHT巨大科學潛力

　　研究團隊指出，作為2021年觀測新增的至關重要的兩個望遠鏡，美國亞利桑那州基特峰望遠鏡(Kitt Peak)和法國“北半球擴展毫米波陣列”(NOEMA)，顯著提升了EHT的靈敏度和成像清晰度，這使得天文學家首次成功通過EHT約束M87*以接近光速遠離黑洞的相對論噴流底部的輻射方向。此外，格陵蘭望遠鏡和詹姆斯·克拉克·麥克斯韋望遠鏡(JCMT)的性能升級也進一步提高觀測數據質量。

　　中國科學院上海天文臺沈志強研究員表示，該臺科研人員每次前往臺站參與現場觀測，都能真切地感受到EHT在不斷進步。中國天文學家也一直在多方面參與技術革新，例如，目前前沿的多頻同時接收、原始數據的相關處理、頻率相位傳遞校準和成圖技術等，共同助力推進相關科學突破。

　　德國馬克斯·普朗克射電天文研究所博士后研究員塞巴斯蒂亞諾·馮·費倫伯格(Sebastiano D. von Fellenberg)稱，改進的校準技術使EHT數據質量和陣列性能有顯著提升，實現首次捕捉到噴流底部的微弱輻射，這種靈敏度的躍升還增強了對微弱偏振信號的檢測能力。

　　類似M87*黑洞這樣蘊含超大能量的噴流，通過調節恒星形成和大尺度上的能量分配，在星系演化中發揮著關鍵作用。這種強大的噴流能產生包括伽馬射線和中微子在內的全電磁波輻射，為研究宇宙極端現象的形成機制提供了一個獨特的實驗室，此次最新發現為破解該機制謎題提供了至關重要的一塊拼圖。

　　本項研究結果展示EHT如何發展成為一個成熟的天文臺，它不僅能拍出前所未有的黑洞照片，更讓研究者能夠一步步深化對黑洞物理的認知。“每一次新的觀測都在拓寬我們的研究邊界——無論是等離子體和磁場的動力學過程，還是黑洞在宇宙演化中扮演的角色，這些都充分證明EHT具有巨大的科學潛力。”EHT項目科學家、意大利那不勒斯大學天文學教授瑪麗亞費利西亞·德勞倫蒂斯(Mariafelicia De Laurentis)總結說。(完)