震撼離奇：人類首次拍攝的黑洞發生驚人反轉

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作者：Robert Lea

翻譯：馬藝朔

校對：王忠偉

美工：邱和琴

后臺：朱宸宇

https://www.space.com/astronomy/black-holes/totally-unexpected-stunning-new-imagery-shows-big-changes-in-the-1st-black-hole-ever-captured-by-humanity-photo-video

事件視界望遠鏡拍攝的M87星系中心超大質量黑洞圖像，從中能夠看出其磁場偏振方向隨時間的變化。（圖源：EHT合作組織）

事件視界望遠鏡（EHT）最新發布了M87星系中心超大質量黑洞的震撼圖像。2019年4月，EHT因發布人類首張黑洞照片而讓超大質量黑洞M87*變得舉世聞名。

這些距離地球約5500萬光年的M87*圖像顯示，黑洞周圍磁場的偏振方向在四年間發生了反轉。新觀測還捕捉到了黑洞附近出現物質噴流的明顯跡象，其基部與黑洞外邊界（即“事件視界”）周圍明亮的環相連。

這些圖像能夠幫助科學家完善物質在超大質量黑洞周圍極端環境中運動規律的理論。這一類黑洞的質量相當于數百萬乃至數十億個太陽，并且存在于所有大型星系的中心。

M87*的新圖像展示了磁場方向的反轉：2017年向一個方向旋轉，而2021年則變為反方向。（圖片來源：EHT合作組織）

EHT團隊成員、韓國慶熙大學研究員Jongho Park表示：“偏振方向在2017-2021年間發生反轉完全出乎意料。這挑戰了我們現有的模型，說明我們對事件視界附近現象的認知仍然不足。”

觀測顯示，這個相當于65億個太陽質量的黑洞周圍的超高溫磁化氣體（即等離子體）環在2017年往某一方向流動，2018趨于穩定，而在2021年竟反向旋轉。更有趣的是，并非所有該等離子體的特征都在這四年間發生了變化。

研究共同負責人、哈佛-史密松天體物理中心天文學家Paul Tiede指出：“驚人之處在于，雖然光環的尺寸在這些年仍保持不變，證實了愛因斯坦廣義相對論預測的黑洞陰影，但是偏振規律卻劇烈變化。這表明，事件視界附近旋轉的磁化等離子體并非靜態，它們極具動態性和復雜性，正在挑戰理論模型的極限。”

人類歷史上捕獲的首張黑洞圖像，展示了環繞M87*的等離子體環。（圖源：事件視界望遠鏡）

M87*周圍等離子體偏振方向的改變似乎表明，這個黑洞周邊的環境正處于一種不斷演變且充滿湍流的狀態，這可能影響其吞噬周圍物質的方式。磁場反轉的原因目前尚未明確，但可能是等離子體自身的磁性結構以及外部效應的共同結果所導致的。

此次發布的新圖像還讓研究團隊首次得以通過EHT定位從M87*周邊以近光速噴發的粒子噴流的基部。這是一個重大的突破性發現，因為這類由磁場導向兩極的粒子流被視為超大質量黑洞塑造其宿主星系的主要方式之一，通過這一機制這些黑洞向周圍環境傾瀉巨大的能量。

新圖像也體現了EHT望遠鏡陣列本身的升級。2021年收集的最終圖像更為清晰，因為在組成EHT網絡的約25臺地面與空間儀器中，新增了位于美國亞利桑那州基特峰望遠鏡與法國的諾埃瑪（NOEMA）毫米波陣列。這顯著提升了項目的觀測靈敏度。

EHT科學家、意大利那不勒斯費德里科二世大學的天文學家Mariafelicia De Laurentis表示，“這些成果表明EHT正在發展成為一個成熟的天文觀測臺。它不僅能夠提供前所未有的圖像，也更加能幫助我們逐步建立起對黑洞物理學的漸進和連貫認知。每一次新的觀測項目都在拓展我們的視野，從等離子體和磁場動力學到黑洞在宇宙演化中的作用。這是這個儀器非凡科學潛力的具體證明。”

團隊成員表示，得益于格陵蘭望遠鏡和詹姆斯·克拉克·麥克斯韋望遠鏡的升級，EHT未來獲取的圖像質量即將再上一個新的臺階。因此，EHT必將在未來多年里，持續在人類理解黑洞物理學這一領域中發揮重要的作用。

團隊共同負責人、荷蘭拉德堡德大學的Michael Janssen說：“年復一年我們都在提升EHT——增加新的望遠鏡、升級儀器設備、提出科學探索的新想法、開發新算法以從數據中挖掘更多的信息。對這項研究而言，所有這些因素完美地結合在一起并催生了新的科學成果和新的問題，對此我們仍是任重道遠。”

該團隊的研究成果發表在《天文學與天體物理學》（Astronomy & Astrophysics）期刊八月版中。

責任編輯：DAIKIN

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圖片來源及版權：J. De Winter, C. Humbert, C. Robert & V. Sabet; 文字: Ogetay Kayali (MTU)

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