中研院联手国内外研究团队 观测M87黑洞吸积流与强大喷流

艺术家笔下展示了M87黑洞附近的吸积流和喷流的特写示意图。(图片来源：Sophia Dagnello，NRAO／AUI／NSF。中研院提供)

中研院天文及天文物理研究所与多个国际研究团队合作，使用新的毫米波段观测成功获得影像，首度证实星系中心超大质量黑洞附近的吸积流与喷流起源间的联系，研究成果于4月发表在国际顶尖期刊《自然》（Nature）。

为了观测黑洞，全球电波望远镜成立两个国际合作计划，由分布各地的望远镜连线，构成和地球一样大的虚拟望远镜，包括「事件视界望远镜 」（Event Horizon Telescope，简称EHT）及「全球毫米波特长基线阵列」（Global mm-VLBI Array，简称GMVA），分别以不同的波长频段观测。

「事件视界望远镜 」用1.3毫米波长观测取得黑洞的阴影影像，而「全球毫米波特长基线阵列」则使用3.5毫米波长观测，重点在于捕捉黑洞附近的吸积和喷流性质。其中「事件视界望远镜 」已于2019年及2022年公布人类史上第1张及第2张黑洞影像照片。

中研院表示，本次黑洞吸积流及喷流成像，是2018年阿塔卡玛大型毫米及次毫米波阵列望远镜（ALMA）与格陵兰望远镜（GLT）加入「全球毫米波特长基线阵列」全球连线观测的成果。由于加入这两座望远镜，使得跨洲望远镜连线分辨率和灵敏度提高，首度能在3.5毫米波长，对M87星系中心的环状结构成像，强化「全球毫米波特长基线阵列」计划的成像能力。

中德马普伙伴小组（Max Planck Research Group at the Chinese Academy of Sciences）组长、现任中国科学院上海天文台研究员路如森指出，以前在不同的影像中分别看到黑洞和喷流，但现在能够使用新的观测波长，拍摄到黑洞及其喷流的全景照片。

路如森解释，周围的物质被认为在吸积过程中落入黑洞，但之前没有办法直接对它成像。而这次用3.5毫米波长观测之前看到的环，发现变大变厚，说明新的影像中看到落入黑洞的物质产生额外的辐射，让研究团队对黑洞附近的物理过程，有着更完整的了解。

M87黑洞周围发出的光是由高能电子和磁场间的相互作用产生，这种现象称为同步辐射。在3.5毫米波长进行的新观测，揭示这些电子的位置和能量的更多细节，以及黑洞本身的性质，即以低速率消耗物质，仅将一小部分物质转化为辐射。

主导论文理论模型的教育部玉山青年学者、台湾师范大学助理教授卜宏毅解释，利用数值模拟黑洞环境并建立黑洞系统辐射特征的理论模型，确定了影像中的环状结构与吸积流有关。此研究成果仰赖了在不同频率的高解析度观测。

参与这次观测的研究团队当中，我国部分包含：台湾师范大学、中山大学及国家中山科学研究院，经费来自中研院、国科会的长期支持。