M87超大质量黑洞的亮度峰值一年移动30度

　　M87超大质量黑洞的亮度峰值一年移动30度。鸣谢:uux.cn/视界望远镜联盟

　　据莱顿大学：M87超大质量黑洞周围光环的亮度峰值在一年内逆时针移动了30度。事件视界望远镜联盟发布的新图像显示了这一点。

　　荷兰天文学家参与的事件视界望远镜（EHT）合作项目利用2018年4月的观测数据发布了M87*的新图像，M87 *是梅西耶87星系中心的超大质量黑洞。随着新委托的格陵兰望远镜的参与和整个阵列记录率的大幅提高，2018年的观测使我们看到了独立于2017年首次观测的源。

　　最近发表在《天文学与天体物理学》杂志上的一篇题为“M87超大质量黑洞的持久阴影”的论文展示了2018年数据的新图像，揭示了一个与2017年观察到的相同大小的熟悉环。正如广义相对论所预测的那样，这个明亮的环围绕着一个深深的中央凹陷，“黑洞的阴影”。令人兴奋的是，与2017年的图像相比，环的亮度峰值移动了约30°，这与我们对黑洞周围湍流物质可变性的理论理解一致。

　　黑洞的阴影

　　“科学的一个基本要求是能够重现结果，”台湾中央研究院天文与天体物理研究所副研究员浅田敬一博士说。“在一个全新的数据集中确认这个环是我们合作的一个巨大里程碑，也有力地表明我们正在观察一个黑洞阴影及其周围的物质。”

　　2017年，EHT拍摄了第一张黑洞图像。这个天体M87*是巨型椭圆星系梅西耶87的跳动心脏，距离地球5500万光年。黑洞的图像揭示了一个明亮的圆形环，在环的南部更亮。对数据的进一步分析还揭示了M87*在偏振光中的结构，使我们能够更好地了解磁场的几何形状和黑洞周围等离子体的性质。

　　对2017年M87*观测结果的广泛分析开创了黑洞直接成像的新时代，开启了一个新的窗口，让我们可以研究黑洞天体物理，并从根本上测试广义相对论。我们的理论模型告诉我们，M87*周围的物质状态在2017年和2018年之间应该是不相关的。因此，对M87*的多次观测将帮助我们对黑洞周围的等离子体和磁场结构进行独立的约束，并帮助我们从广义相对论的影响中理清复杂的天体物理学。

　　格陵兰和墨西哥的望远镜

　　为了帮助实现新的和令人兴奋的科学，EHT正在不断发展。格陵兰望远镜于2018年首次加入EHT，仅在北极圈上空建造完成五个月后。这台新望远镜显着提高了EHT阵列的图像保真度，扩大了覆盖范围，特别是在南北方向。大型毫米望远镜也首次以其50米的完整表面参与，大大提高了其灵敏度。EHT阵列也进行了升级，可以在230 GHz左右的四个频段进行观测，而2017年只有两个频段。

　　使用改进的阵列进行重复观察对于证明我们发现的稳健性和增强我们对结果的信心至关重要。除了开创性的科学之外，EHT还作为高频无线电干涉测量技术前沿发展的技术试验台。

　　西班牙安达卢西亚天文研究所（IAA-CSIC）的博士生罗汉·达海尔说:“推进科学事业需要不断提高数据质量和分析技术。”“将格陵兰望远镜纳入我们的阵列填补了我们地球大小望远镜的关键空白。2021年、2022年和即将到来的2024年观测见证了阵列的改进，激发了我们推动黑洞天体物理学前沿的热情。”

　　独立的成像和建模技术

　　对2018年数据的分析采用了八种独立的成像和建模技术，包括2017年M87*分析中使用的方法以及从合作分析Sgr A*的经验中开发的新方法。

　　2018年拍摄的M87*的图像与我们在2017年看到的图像非常相似。我们看到一个相同大小的亮环，中心区域较暗，环的一侧比另一侧亮。M87*的质量和距离在人的一生中不会明显增加，因此广义相对论预测环的直径应该每年保持不变。2017年至2018年图像中测量直径的稳定性有力地支持了M87*由广义相对论很好描述的结论。

　　加州理工学院（Caltech）前研究生、现为加州喷气推进实验室博士后的Nitika Yadlapalli Yurk博士说:“黑洞的显着特性之一是它的半径仅强烈依赖于一个量:它的质量。”“由于M87*没有快速吸积物质（这会增加其质量），广义相对论告诉我们，它的半径在人类历史上保持不变。看到我们的数据证实了这一预测，这相当令人兴奋。”

　　虽然黑洞阴影的大小在2017年至2018年期间没有变化，但环周围最亮区域的位置确实发生了显着变化。明亮的区域逆时针旋转了大约30度，在大约5点钟的位置停留在环的右下部分。使用灵敏度较低的阵列和较少的望远镜对M87*进行的历史观测也表明，阴影结构每年都在变化，但精度较低。虽然2018年EHT阵列仍然无法观测到M87*中出现的喷流，但从环周围最亮区域的位置预测的黑洞自旋轴与其他波长下看到的喷流轴更一致。

　　根据预测

　　“最大的变化是亮度峰值在光环周围移动，这实际上是我们在2019年发表第一批结果时预测到的，”台湾中央研究院天文与天体物理研究所博士后布里特·杰特博士说。

　　“虽然广义相对论认为环的大小应该保持相当固定，但黑洞周围混乱无序的吸积盘发出的辐射将导致环中最亮的部分围绕一个共同的中心摆动。随着时间的推移，我们看到的摆动量可以用来测试我们对黑洞周围磁场和等离子体环境的理论。”