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新安晚報(bào) 安徽網(wǎng) 大皖新聞?dòng)?nbsp; 5月12日晚9點(diǎn)，事件視界望遠(yuǎn)鏡（Event Horizon Telescope; EHT）項(xiàng)目和中國(guó)科學(xué)院上海天文臺(tái)將發(fā)布來(lái)自于EHT的關(guān)于銀河系中心的一項(xiàng)突破性成果。作為安徽地區(qū)受邀參加線上發(fā)布會(huì)的媒體，新安晚報(bào)與您共同見(jiàn)證震撼時(shí)刻，歡迎準(zhǔn)時(shí)進(jìn)入新安晚報(bào)視頻號(hào)看直播。如果提及EHT的科學(xué)成果，大家印象最深刻的當(dāng)屬“人類獲得的首張黑洞照片”。在圍觀發(fā)布會(huì)之前，不妨先隨中國(guó)科學(xué)院上海天文臺(tái)回顧下與該成果相關(guān)的系列成果吧。

世界首張黑洞照片出爐

北京時(shí)間2019年4月10日，EHT合作組織協(xié)調(diào)召開(kāi)全球六地聯(lián)合新聞發(fā)布會(huì)，宣布人類首次利用一個(gè)口徑如地球大小的虛擬射電望遠(yuǎn)鏡，在近鄰巨橢圓星系M87的中心成功捕獲世界上首張黑洞圖像。

圖.M87星系中心超大質(zhì)量黑洞（M87*）的圖像。圖中心的暗弱區(qū)域即為“黑洞陰影”（見(jiàn)下文），周圍的環(huán)狀不對(duì)稱結(jié)構(gòu)是由于強(qiáng)引力透鏡效應(yīng)和相對(duì)論性射束（beaming）效應(yīng)所造成的。由這種上（北）下（南）的不對(duì)稱性可以定出黑洞的自旋方向。

這張圖像的意義非同一般，它提供了黑洞存在的直接“視覺(jué)”證據(jù)，使得在強(qiáng)引力場(chǎng)下驗(yàn)證愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論，細(xì)致研究黑洞附近的物質(zhì)吸積與相對(duì)論性噴流成為可能。

為了捕獲第一張黑洞圖像，由來(lái)自包括中國(guó)在內(nèi)的十幾個(gè)國(guó)家（地區(qū)）的200多名科學(xué)家形成了EHT這一重大國(guó)際合作計(jì)劃。作為對(duì)100年前愛(ài)丁頓等人驗(yàn)證廣義相對(duì)論的回聲，EHT合作者們?cè)?017年4月份到世界上多個(gè)最高、最偏僻的射電天文臺(tái)，以一種愛(ài)因斯坦永遠(yuǎn)也不會(huì)想到的方式去檢驗(yàn)他的廣義相對(duì)論。

為了增加探測(cè)靈敏度，EHT所記錄的數(shù)據(jù)量非常龐大。2017年4月份的觀測(cè)中，每個(gè)臺(tái)站的數(shù)據(jù)率達(dá)到驚人的32Gbit/s，8個(gè)臺(tái)站在5天觀測(cè)期間共記錄約3500TB數(shù)據(jù)（相當(dāng)于350萬(wàn)部電影，至少要幾百年才能看完）。EHT采用專用硬盤來(lái)記錄數(shù)據(jù)，再把它們送回?cái)?shù)據(jù)中心進(jìn)行處理。在那里，研究人員用超級(jí)計(jì)算機(jī)矯正電磁波抵達(dá)不同望遠(yuǎn)鏡的時(shí)間差，并把所有數(shù)據(jù)做互相關(guān)綜合處理，從而達(dá)到信號(hào)相干的目的。在此基礎(chǔ)之上，通過(guò)對(duì)這些數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)近兩年時(shí)間的后期處理和分析，人類終于捕獲了首張黑洞圖像。

M87*黑洞偏振照片發(fā)布

北京時(shí)間2021年3月24日，EHT為揭秘M87超大質(zhì)量黑洞又提供了一個(gè)嶄新視角：它在偏振光下的影像。

圖.偏振光下超大質(zhì)量黑洞M87*的圖像，圖中線條標(biāo)記了偏振的方向，它與黑洞陰影周圍的磁場(chǎng)有關(guān)（圖片版權(quán)：EHT合作組織）。偏振片只允許特定方向的偏振光通過(guò)。

對(duì)比下這兩張照片，并非此次新照片的清晰度提高，也并非EHT升級(jí)了望遠(yuǎn)鏡陣列，提高了像素。我們看到的新照片，其實(shí)與首張黑洞照片來(lái)自于同一批成像觀測(cè)，但是這張“照片”是通過(guò)處理偏振信號(hào)獲得的，所以我們稱之為“黑洞在偏振光下的影像”。

這是天文學(xué)家第一次在如此接近黑洞邊緣處測(cè)得表征磁場(chǎng)特征的偏振信息。該結(jié)果對(duì)理解距離我們5500萬(wàn)光年的M87星系如何產(chǎn)生能量巨大的噴流十分關(guān)鍵。

EHT能夠拍攝到黑洞陰影周圍的高分辨率偏振圖像，主要?dú)w功于兩點(diǎn)：一是EHT的高分辨本領(lǐng)，讓科學(xué)家們能夠分解開(kāi)這些致密區(qū)域；二是觀測(cè)波段在短毫米波段，從而大大削弱了法拉第旋轉(zhuǎn)效應(yīng)的影響。

為了獲取2019年4月10日宣布的首張黑洞照片（總強(qiáng)度圖），需處理各個(gè)臺(tái)站間相同偏振方向的互相關(guān)數(shù)據(jù)。而為了獲得偏振圖像，則更加復(fù)雜，還需要對(duì)所有臺(tái)站之間的交叉偏振信號(hào)進(jìn)行處理，其中的難點(diǎn)在于對(duì)臺(tái)站偏振參數(shù)進(jìn)行校準(zhǔn)。所謂臺(tái)站偏振參數(shù)，指各個(gè)臺(tái)站實(shí)際接收偏振信號(hào)時(shí)，原本期待接收兩路“干凈”的偏振信號(hào)，但實(shí)際上接收的其中一路偏振信號(hào)，難免會(huì)“摻雜”有另一路偏振的信號(hào)。

全球望遠(yuǎn)鏡聯(lián)合 對(duì)M87開(kāi)展前所未有的多波段同步觀測(cè)

超大質(zhì)量黑洞的巨大引力驅(qū)動(dòng)強(qiáng)大的噴流，并使其以接近光速的速度傳播到很遠(yuǎn)的距離。M87噴流的輻射覆蓋從無(wú)線電波到可見(jiàn)光再到伽馬射線的整個(gè)電磁波譜。對(duì)每個(gè)黑洞而言，其在各電磁波段的輻射特征各不相同。通過(guò)收集這些輻射的“指紋”可以加深人們對(duì)黑洞性質(zhì)的了解（比如，它的自旋和能量輸出），但面臨的一個(gè)挑戰(zhàn)是這些不同頻率上的輻射特征往往是隨著時(shí)間變化的。

全球科學(xué)家通過(guò)協(xié)調(diào)包括地面和空間最先進(jìn)的望遠(yuǎn)鏡，在對(duì)M87的EHT觀測(cè)期間同步收集到了整個(gè)電磁波譜范圍內(nèi)的輻射，這是迄今為止對(duì)超大質(zhì)量黑洞及其噴流的頻率覆蓋最廣的同步觀測(cè)。

2021年4月14日，來(lái)自19臺(tái)望遠(yuǎn)鏡（陣）的數(shù)據(jù)公開(kāi)發(fā)布。這些數(shù)據(jù)將極大地加深對(duì)這個(gè)黑洞中央引擎及其系統(tǒng)的理解，并提升對(duì)愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論的檢驗(yàn)。

圖. M87的多波段觀測(cè)結(jié)果，天馬射電望遠(yuǎn)鏡參加其中EVN的170mm和EAVN的13mm及7mm觀測(cè)。（圖片來(lái)源：EHT合作組織多波段工作組）

天馬射電望遠(yuǎn)鏡參與了其中2017年5月9日的歐洲VLBI網(wǎng)（EVN）170mm觀測(cè)，并貢獻(xiàn)了最高分辨率基線。同時(shí)，作為東亞地區(qū)靈敏度最高的長(zhǎng)毫米波射電望遠(yuǎn)鏡，天馬望遠(yuǎn)鏡全程參與2017年3月至5月期間東亞VLBI網(wǎng)（EAVN）在13mm和7mm對(duì)M87共14次EHT協(xié)同觀測(cè)。這是國(guó)內(nèi)射電望遠(yuǎn)鏡在7mm工作波長(zhǎng)首次成功參加國(guó)際VLBI聯(lián)合觀測(cè)。

新安晚報(bào) 安徽網(wǎng) 大皖新聞?dòng)浾?陳牧

編輯 張大為