图片来源：EHT Collaboration
事件视界望远镜（EHT，Event Horizon Telescope）合作组织曾绘制了黑洞的第一张图像，近日，它解释了Messier 87（M87）星系中心的巨大黑洞在偏振光下的外观。这是天文学家首次能够测算黑洞边缘磁场极化的特征。这些观测结果是解释距地球5500万光年的M87黑洞射流的关键。
EHT偏振观测的负责人、荷兰拉德堡德大学（Radboud University）的助理教授Monika Moscibrodzka说：“我们看到了又一个至关重要的证据，以了解黑洞周围的磁场如何运作，以及这个狭小空间中的活动如何驱动了一直延伸到星系之外的强大喷流。”
2019年4月10日，科学家们发布了首张黑洞图像，图片显示出明亮的环状结构与中心的黑暗区域。此后，EHT合作组织开始深入研究M87星系中心的超大质量物体的数据。他们发现，M87黑洞周围的光有很大一部分是偏振的。
“这项工作是一个重要的里程碑：光的偏振携带信息，使得我们能够更好地理解在2019年4月看到的图像背后的物理学，这是以前不可能做到的，”EHT的偏振观测负责人、西班牙瓦伦西亚大学（University of Valencia）的GenT杰出研究者（GenT Distinguished Researcher）Iván Martí-Vidal说，“因为相关的数据获取和分析技术十分复杂，发布新的偏振光图像需要花费很多年的时间。”
光在透过某些滤镜（如偏光太阳镜），或通过存在磁场的高温区域时，就会产生偏振。偏光太阳镜以此减少明亮表面的反射光和眩光，帮助我们更好地看清事物。基于同样的原理，天文学家可以通过观测来自黑洞的偏振光来增强对黑洞周围区域的认识。具体而言，光的偏振效应使得天文学家能够绘制出黑洞边缘处的磁场线。
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EHT成员、美国航空航天局（NASA）哈勃望远镜团队成员、美国普林斯顿理论科学中心（Princeton Center for Theoretical Science）和普林斯顿引力中心（Princeton Gravity Initiative）的研究者Andrew Chael说：“新发布的偏振图像是了解黑洞吞噬物质时产生的喷流现象中磁场作用方式的关键。”
携带巨大能量和大量物质的明亮喷流来自M87的核心区域，从其中心伸展出至少5000光年的长度，是整个星系中能量最高、也最神秘的现象之一。大部分接近黑洞边缘的物质最终都会落入黑洞，但有些环绕黑洞的粒子会在被彻底捕获前以喷流的形式逃逸，被吹向太空深处。
天文学家曾依靠各种描述黑洞附近物质行为的模型来试图理解这一过程。但学界还未完全理解尺度相当于太阳系的黑洞中心区域如何喷射出尺度超过整个星系的射流，也不清楚物质究竟如何落入黑洞。而利用新的EHT黑洞偏振成像，天文学家第一次设法观测到黑洞外围这一同时发生物质坠入和射出的区域。
这些观测提供了有关黑洞外部磁场结构的全新信息。研究团队发现，只有具有强磁化气体特征的理论模型才能解释他们在事件视界看到的现象。
EHT的理论研究者、美国科罗拉多大学博尔德分校的助理教授Jason Dexter说：“观测表明，黑洞周围的磁场很强，足以帮助高热气体对抗黑洞的引力。只有穿过这一磁场的气体才能够旋转进入事件视界。”
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EHT合作组织连接了全球各地的八座望远镜——包括智利北部的阿塔卡玛大型毫米波/亚毫米波阵列（ALMA）和阿塔卡玛探路者实验望远镜（APEX），以及欧洲南方天文台（ESO）等。团队以这样的方式创造了一个地球尺寸的望远镜——事件视界望远镜。EHT获得了令人印象深刻的分辨率——相当于测量月球表面一张信用卡的长度所需的分辨率。
“有了ALMA和APEX，EHT网络的地理分布得到了扩展，延伸到了地球南部，这进一步提高了EHT的成像质量，”ESO的ALMA项目专家Ciska Kemper说，“ALMA拥有66条天线，这使得它在偏振光信号收集上发挥了主要作用，而APEX则对图像校准有重要作用。”
“ALMA的数据对于校准、成像和解释EHT观测也十分重要。它为解释黑洞事件视界附近的物质行为的模型提供了严格的约束条件。”拉德堡德大学和莱顿天文台（Leiden Observatory）的科学家、一项基于ALMA观测的相关研究的领导者Ciriaco Goddi说。
EHT的配置使得团队能够直接观测黑洞附近的阴影和光环，新的偏振光图像清晰地显示出了这一光环是磁化的。这一结果于3月24日发表在《天体物理杂志快报》（The Astrophysical Journal Letters）上的两篇论文中。此研究团队包括来自全球多个大学和研究机构的300多名研究人员。
EHT成员、中国台湾“中央研究院”天文及天体物理研究所的东亚核心天文台联盟（EACOA）研究员Jongho Park总结道：“EHT正在飞速发展，其网络系统正在进行技术升级，连接的天文台数目也在增加。我们希望未来EHT的观测结果能够更精确地揭示黑洞周围的磁场结构，并提供更多有关这一区域高热气体的物理学信息。”
翻译：武大可
审校：戚译引
引进来源：ESO
本文来自：中国数字科技馆
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