还是甜甜圈　远处拖尾巴

在三点五毫米波长所观测到的新黑洞图像，其致密的核心首次在该波段被分解，并在高分辨率条件下呈现为环状结构（内嵌图） 上海天文台

四年前，世界首张黑洞照片问世。在那张来自事件视界望远镜（EHT）的照片里，M87中心黑洞如同电影《指环王》中索伦的魔眼，在温暖而神秘的橙红色光环中，是一片深黑的无底之洞。

北京时间26日深夜，M87黑洞又换上了“新头像”。这一回，由中国科学院上海天文台路如森研究员领衔的国际研究团队，利用在毫米波段开展的新观测，首次在一张图里拍到了黑洞阴影、黑洞周围的吸积流以及强大喷流——“甜甜圈”依旧在，还有向远处延展的“尾巴”。

相关成果发表在本期出版的国际顶级学术期刊《自然》（Nature）上。

从“特写”到“全景”

将两张照片摆在一块，一张“特写”，一张“全景”。除了明显的“尾巴”部分，“甜甜圈”的颜色也不大一样。而且，这次观测到的环比四年前要大上近50%，难不成黑洞在悄悄“长胖”？

当然不是！这是由于两张照片用到的观测设备不同——

要想得到“高清照片”，要么降低观测频段光子的波长，要么增加望远镜的有效口径。在世界首张黑洞照片中，是通过甚长基线干涉测量（VLBI）技术对全球8个不同地方的望远镜进行联网，得到了一个口径达1万公里的望远镜。

这次，分布在地球不同位置的16台望远镜联合起来，组成一台口径等同于地球直径的望远镜。除了全球毫米波阵的14台望远镜，位于智利的阿塔卡马大型毫米波/亚毫米波阵列望远镜的加入，使南北方向分辨率增加了4倍，而北极圈内格陵兰望远镜的“出战”同样让观测如虎添翼。

“EHT的视场比较小，只能拍摄‘特写’照片，离黑洞稍远一些的喷流没能进入镜头。”中科院上海天文台研究员、中德马普伙伴小组组长路如森解释，“本次拍摄用的望远镜比EHT的视场大很多，既能看到黑洞周围的发光物质，也能看到喷流。”

此外，两张照片的观测频率也不同，喷流辐射在EHT采取的1.3毫米观测波长相对更暗，而本次观测采取的3.5毫米观测波长则明亮不少——这既是这回的“甜甜圈”看上去更“可口”，也是EHT“看不见”喷流的潜在原因。

先单色后“彩照”

黑洞的“黑”源于自身强悍的引力场，只要闯入了它的事件视界，连光都跑不出来。理论学家认为，黑洞不仅在“吃”，同时也在“吐”；若是“吐”出的物质速度快、方向性好，便形成了所观测到的喷流——也就是“甜甜圈”后拖着的“尾巴”。

以前，科学家们只在单独的图像中分别看到过黑洞和喷流，而此次拍摄的“全景”，将两者在一张图上呈现。要知道，黑洞与喷流的关系至今没有明确定论，观测工作也使科学家们能够更全面地了解黑洞周围的物理过程。

首张黑洞照片“冲洗”了快两年。而新照片是在2018年4月14日至15日拍摄的。换句话说，这张照片的“冲洗”耗时更久。“在初步处理数据后，我们就在数据中注意到了前所未有的新特征，这给团队成员很大激励。”路如森透露，“在将‘生数据’处理成‘熟数据’过程中，团队前后开展了四次VLBI分析中的‘互相关处理’以及相应的‘相关后处理’，大家反复验证和确认结果，最终在五年后呈现出这张史无前例的新图像。”

对M87的探索并没有结束，上海天文台台长、研究员沈志强介绍，未来科学家们将与EHT和空间VLBI联动，给黑洞拍一张“彩色照片”。相比于“单色黑洞”，“彩色黑洞”将带给人们更多信息，帮助科学家更好理解黑洞以及它和周围环境的关系。

未来还要“拍电影”

更远的将来，科学家们还计划着给黑洞“拍电影”。“黑洞并不是静止的，它每时每刻都在和周围环境相互作用。给黑洞‘拍电影’将在空间维度上再解锁时间维度，让我们能够全方位观测和理解黑洞。”沈志强补充说。

当然，我国亚毫米波/毫米波望远镜也有望加快建设，来自中国的天文观测力量将发挥更积极、更重要的作用。本报记者 郜阳