新M87*黑洞全景照来了，有哪些新发现？
本文来自微信公众号：原理 （ID：principia1687），作者：不二北斗，原文标题：《新M87*》，题图来自：EHT Collaboration
新的M87*图像
在爱因斯坦发表广义相对论不久后，物理学家就通过求解广义相对论的核心方程，预言了黑洞的存在。在过去的几十年里，科学家早已发现黑洞并非存在于理论之中，而是真实存在的。但在很长的一段时间里，科学家都缺少黑洞的视觉证据。
为了能够直接拍摄黑洞的图像，天文学家利用干涉测量法连接了遍布全球的射电天文台，组成了一台分辨率相当于地球大小的望远镜——事件视界望远镜（EHT）。2017年，EHT瞄准了两个目标：一个是位于M87星系中心的超大质量黑洞M87*，另一个则是位于银河系中心的人马座A*。
2019年4月10日，EHT合作组的研究人员首次公开了史上第一张黑洞照片。照片显示的是距离地球约5500万光年远的M87*，在图像中，它呈现出明亮的环状结构，其中环的下部看起来更加明亮。
在一项新发表于《天文学与天体物理学》杂志上的研究中，EHT合作组的科学家利用2018年4月的观测数据，公布了M87*的新图像。新图像除了进一步确认了之前的科学发现，还揭示了图像中的一处微妙变化。
不断改进的EHT
可以说，对2017年观测的M87*的数据的广泛分析，引领了黑洞直接成像的新时代，为天文学家研究黑洞的天体物理学打开了一扇新窗口。这些观测数据使得天文学家能够在最基础的层面上检验广义相对论。
根据理论模型的预测，M87*周围的物质状态在2017年与2018年应该是不相关的。因此，对M87*进行多次观测，将有助于科学家更好地描述黑洞周围的等离子体和磁场结构，以及有助于他们根据广义相对论的效应揭示复杂的天体物理学。
为了实现新的突破，EHT在不断升级与发展。2018年，格陵兰望远镜的加入显著提高了EHT阵列的图像保真度，提高了覆盖范围。另外，LMT大型毫米波望远镜的参与也大大提高了灵敏度。2017年时，EHT阵列只有两个频段，到了2018年已经升级到四个频段。
相同与不同
在新研究中，EHT合作组的科学家采用8种独立的成像和建模技术，分析了EHT于2018年收集的数据。总的来说，2018年拍摄的M87*图像与在2017年拍摄的非常相似，它们有着同样大小的明亮环，中心区域较暗，环的一侧比另一侧更明亮。
EHT合作组发布了2018年4月观测到的M87*的新图像。与2017年4月首次观测相比，2018年的观测结果有更多望远镜的加入，它揭示了一个熟悉的明亮环，其大小与2017年发现的相同。但这个明亮的环的亮度峰值相对于2017年移动了大约30度。（图/EHT Collaboration）
黑洞的一个显著特性是，它的半径只强烈依赖于它的质量。由于M87*并没有快速吸积物质，因此根据广义相对论，以人类的生命长度来看，它的半径应该基本保持不变。2017年与2018年拍摄的M87*的环的直径数据证实了这一预测，它有力地表明了广义相对论很好地描述了M87*。
然而，新图像显示环的最亮部分逆时针移动了约30°，位于环的右下方约5点钟方向的位置。科学家推测，这很有可能与围绕着黑洞赤道旋转的物质盘的随机搅动有关，也可能与从黑洞极点发射的一个喷流有关。
虽然2018年的EHT阵列仍然无法观测到M87*中的喷流，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加一致。
期待更多的观测
接下来，EHT合作组的科学家希望能够在阵列中增加更多的望远镜。这不仅能够进一步提高图像的清晰度，也使EHT有机会看到更遥远星系中的黑洞。
研究人员表示，科学发现的基本要素是能够重现结果。用改进过后的阵列进行重复观测，对科学家证明他们的观测结果是否可靠至关重要。在新研究中，从一个全新的数据集中确认这个明亮的环状结构的存在，是一个巨大的里程碑。
参考来源：
https://eventhorizontelescope.org/M87-one-year-later-proof-of-a-persistent-black-hole-shadow
https://www.science.org/content/article/nearby-galaxy-s-giant-black-hole-real-shadow-image-confirms
本文来自微信公众号：原理 （ID：principia1687），作者：不二北斗
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