天文学家在银河系中心揭示了黑洞的第一张照片

2019年，事件视界望远镜(EHT)团队揭示了第一张黑洞的照片。该黑洞位于Messier 87(M87)星系的中心，距离地球5500万光年。EHT是一个射电望远镜阵列，现在已经拍摄了一个更近的黑洞，人马座A*(Sgr A *)，它存在于银河系的中心。这两个黑洞看起来非常相似，尽管它们的大小截然不同，并且被不同类型的星系所包围。M87是一个椭圆星系，而银河系是一个螺旋星系。

全球研究团队Event Horizon Telescope Collaboration将地球上的八个射电望远镜联系起来，创建了一个虚拟的地球大小的望远镜。尽管射手座A*离地球更近-约27，000光年，但事实证明，射手座A*的拍摄更具挑战性。“黑洞附近的气体以相同的速度移动 - 几乎与光一样快 - 围绕Sgr A *和M87 *。但是，气体绕较大的M87*轨道运行需要数天到数周，而在小得多的Sgr A*中，它只需几分钟即可完成轨道。这意味着当EHT合作组织观察它时，Sgr A*周围气体的亮度和模式正在迅速变化 - 有点像试图拍摄一只小狗快速追逐尾巴的清晰照片，“来自Steward天文台和天文学系以及亚利桑那大学数据科学研究所的EHT科学家Chi-kwan('CK')Chan解释说。

科学家们开发了新的工具来解释Sgr A *周围的气体。M87的超大质量黑洞M87*是一个更容易的目标。EHT拍摄的几乎所有M87*图像看起来都相似。Sgr A*的情况并非如此。上图是在多个夜晚捕获的不同帧的平均值。Sgr A*的形象是来自全球80个研究所的300多名研究人员五年工作的结晶，这些研究人员组成了EHT协作团队。

从地球上看，Sgr A*在天空中非常小。这就像试图看月球表面的甜甜圈一样。另外，它是看不见的，因为它是完全黑暗的。然而，Sgr A*周围的发光气体掩盖了它的真实本质。EHT写道：“虽然我们看不到黑洞本身，因为它是完全黑暗的，但它周围的发光气体揭示了一个明显的特征：一个黑暗的中心区域(称为'阴影')，周围环绕着明亮的环状结构。新视图捕获了被黑洞的强大引力弯曲的光，黑洞的质量比我们的太阳大四百万倍。

“事件视界望远镜(EHT)合作通过组合从EHT观测中提取的图像，创建了我们银河系中心的超大质量黑洞的单一图像(顶框)，称为人马座A*(简称Sgr A*)。

“主要图像是通过使用不同的计算方法创建的数千张图像平均在一起来产生的 - 所有这些都准确地拟合了EHT数据。这种平均图像保留了在各种图像中更常见的特征，并抑制了不经常出现的特征。

“这些图像也可以根据相似的特征聚类为四组。四个聚类中每个聚类的平均代表性图像显示在最下面一行。其中三个星团显示出环状结构，但环周围的亮度分布不同。第四个集群包含的图像也适合数据，但看起来不像环状。

“条形图显示了属于每个聚类的图像的相对数量。数千张图像落入前三个聚类中的每一个，而第四个也是最小的聚类仅包含数百个图像。条形的高度表示每个聚类对顶部平均图像的相对“权重”或贡献。

长期以来，科学家一直期待着这幅图像，他们认为在我们银河系的中心一定有一个超大质量黑洞。我们现在有了它存在的第一个视觉证据。这些图像和数据将有助于我们进一步了解超大质量黑洞是如何工作的，特别是与早期的M87*图像相比。“我们有两种完全不同类型的星系和两个非常不同的黑洞质量，但靠近这些黑洞的边缘，它们看起来非常相似，”EHT科学委员会联合，荷兰阿姆斯特丹大学理论天体物理学教授Sera Markoff说。“这告诉我们，广义相对论近距离控制着这些物体，我们看到的任何差异一定是由于黑洞周围物质的差异。

了解气体在超大质量黑洞周围的行为尚未完全了解，但它可能为星系如何形成和演化等紧迫问题提供答案。“现在我们可以研究这两个超大质量黑洞之间的差异，以获得关于这一重要过程如何运作的宝贵新线索，”台北中央研究院天文与天体物理研究所的EHT科学家Keiichi Asada说。“我们有两个黑洞的图像 - 一个在宇宙中超大质量黑洞的大端，一个在小端 - 所以我们可以更进一步地测试重力在这些极端环境中的行为。

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