盧力媛　本報記者 王 春

　　近期，一個(ge) 由中國科學院上海天文台牽頭的國際團隊利用全球16個(ge) 觀測台站開展了對M87星係中心的聯合成像研究，並在全新的頻段給M87黑洞及其周圍的環境拍攝了“全景照”。這標誌著天文學家朝著對黑洞進行“多彩成像”的目標邁出了重要一步。相關(guan) 研究成果發表在國際學術期刊《自然》上。

　　科學家為(wei) 什麽(me) 要給黑洞拍照？黑洞的照片又是如何拍出來的？讓我們(men) 一起來探秘這張黑洞“全景照”的拍攝過程。

　　“全景照”或有助破解黑洞謎團

　　對於(yu) 黑洞的研究可以讓我們(men) 深入了解空間和時間的本質，對近鄰超大質量黑洞進行成像研究是當前天文研究的國際前沿熱點。

　　此前，天文學家已經通過事件視界望遠鏡（EHT）分別於(yu) 2019年和2022年對位於(yu) M87星係中心和人類所居的銀河係中心的兩(liang) 個(ge) 超大質量黑洞進行了成像。

　　M87黑洞重約65億(yi) 倍太陽質量，是目前宇宙中已知質量最大的黑洞之一，而且距離地球僅(jin) 有5500萬(wan) 光年，是非常適合拍照研究的對象。此外，M87星係有著明亮的、長達5000光年的噴流，M87黑洞正是該噴流的源頭。

　　1918年，美國天文學家希伯·柯蒂斯首次觀測到M87星係的噴流，這也是人類曆史上第一次觀測到天體(ti) 中的噴流。科學家認為(wei) ，黑洞不僅(jin) 在“吃”（吸積物質），同時也在“吐”（外流）。如果“吐”出的物質速度快、方向性好，自然就形成了人類所能觀測到的噴流。但是，科學家至今也沒能非常明確地解釋黑洞與(yu) 噴流的關(guan) 係，因此就需要通過觀測來解開這個(ge) 謎團。

　　2017年，EHT合作組織成功拍攝到了M87黑洞的照片。這張照片也是人類曆史上的首張黑洞照片。照片顯示M87黑洞長得像個(ge) “甜甜圈”，外麵一圈亮環，圍繞著中間的陰影。由於(yu) EHT的視場比較小，隻能拍攝到黑洞的“特寫(xie) 照”，因此離黑洞稍遠一些的噴流便沒能進入這張照片。

　　如果能把黑洞和周圍的環境都拍在同一張照片裏，就可以幫助我們(men) 理解黑洞附近的環境，觀察黑洞周圍的物質是如何繞轉、掉進黑洞或被噴出的，進而研究黑洞和噴流的關(guan) 係。

　　為(wei) 了解決(jue) 照片中黑洞與(yu) 周圍環境“失聯”的問題，中國科學院上海天文台研究員路如森領導的、17個(ge) 國家和地區的64家研究機構的121位科研人員參與(yu) 的國際研究團隊，決(jue) 定給黑洞拍攝一張“全景照”。

　　三大望遠鏡在3.5毫米波段下聯合“拍攝”

　　相較於(yu) EHT所拍的“特寫(xie) 照”，要拍黑洞的“全景照”必須要加大視場，並且分辨率也不能太低。研究團隊想到了兩(liang) 種方案，在1.3毫米波段上嚐試拍攝包括噴流在內(nei) 的黑洞照片，或者索性切換到3.5毫米波段拍攝，但此前科學家普遍認為(wei) ，用地球上的望遠鏡在3.5毫米波段觀測不會(hui) 看到黑洞“甜甜圈”。“當焦距拉長，視場就會(hui) 變小，所以在1.3毫米波段，噴流等黑洞周圍環境很難同時被觀測到。”路如森說。研究團隊最終選擇了在3.5毫米波段下給黑洞拍照，因為(wei) 在3.5毫米波段下噴流顯示更亮。

　　由於(yu) 降低了觀測波段，更多望遠鏡加入了此次黑洞“全景照”的拍攝過程。新照片拍攝於(yu) 2018年4月14日至15日，由14台望遠鏡組成的全球毫米波甚長基線幹涉測量陣列（GMVA）、阿塔卡馬大型毫米/亞(ya) 毫米陣列（ALMA）和格陵蘭(lan) 望遠鏡（GLT）連在一起，組成了一台口徑等效於(yu) 地球直徑的望遠鏡。

　　路如森強調，阿塔卡馬大型毫米/亞(ya) 毫米陣列和格陵蘭(lan) 望遠鏡的加入提高了這個(ge) 洲際望遠鏡陣列的分辨率和靈敏度，使得在3.5毫米波長下對M87黑洞周圍的環狀結構進行成像成為(wei) 可能。

　　由於(yu) 這是一張視場很大的圖像，裏麵包含了許多成分，且這些成分的亮度差異很大，“洗照片”時科學家遇到了許多意外。陣列中的格陵蘭(lan) 望遠鏡還是一台新的望遠鏡，參與(yu) 觀測時還在調試階段，其基於(yu) 波導的相位旋轉器被錯誤地配置，幸好科學家及時發現了這一問題，在數據處理時開發了特別的算法解決(jue) 了這個(ge) 問題。

　　通過匯聚全球各地的許多合作者的經驗，在經曆了長達5年的複雜數據處理和成圖過程，以及反複驗證和確認結果後，這張史無前例的黑洞“全景照”終於(yu) 呈現在世人麵前。

　　研究團隊成功將M87黑洞的陰影以及其周圍吸積流和噴流呈現在同一張照片之中。M87黑洞在3.5毫米波段的圖像中也呈現“甜甜圈”形態，比此前EHT合作組織觀測到的“甜甜圈”大了近50%，並且照片中可以看到從(cong) “甜甜圈”向遠處延展的“尾巴”，這就是黑洞的噴流。

　　下一步，科學家還打算拍攝“彩色黑洞”甚至“黑洞電影”來進一步觀測和研究黑洞。