北京
人類(lèi)首次“看見(jiàn)”的那個(gè)黑洞——M87黑洞有了譜指數(shù)圖像。這項(xiàng)研究由中國(guó)科學(xué)院上海天文臺(tái)科研人員領(lǐng)銜開(kāi)展，相關(guān)論文7月20日發(fā)表在國(guó)際天文學(xué)期刊《天體物理學(xué)雜志通訊》。
M87黑洞位于室女座M87星系中心，距離地球約5500萬(wàn)光年，質(zhì)量約為太陽(yáng)的65億倍，首張“身份照”于2019年發(fā)布。多年來(lái)，上海天文臺(tái)路如森研究員科研團(tuán)隊(duì)與國(guó)際同行緊密合作，持續(xù)對(duì)M87黑洞展開(kāi)深入研究。
M87黑洞事件視界尺度譜指數(shù)分布圖。（上海天文臺(tái)供圖）
在最新研究中，他們利用2018年事件視界望遠(yuǎn)鏡（EHT）和全球毫米波VLBI陣列（GMVA）獲得的觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)M87黑洞開(kāi)展了雙頻聯(lián)合譜指數(shù)成像研究。通過(guò)對(duì)1.3毫米和3.5毫米兩個(gè)波段獲得的黑洞視界尺度圖像進(jìn)行聯(lián)合分析，首次獲得黑洞事件視界尺度的空間分辨譜指數(shù)分布，并揭示了譜指數(shù)隨與黑洞中心距離變化的規(guī)律。
研究結(jié)果顯示，黑洞周?chē)椛湫再|(zhì)會(huì)隨著與黑洞中心距離的變化而發(fā)生顯著改變，這一特征直觀(guān)地體現(xiàn)在譜指數(shù)的空間分布上。在靠近黑洞中心的區(qū)域，譜指數(shù)為正，表明該區(qū)域的輻射仍受到較強(qiáng)的同步輻射自吸收影響；隨著距離增加，譜指數(shù)逐漸下降并由正轉(zhuǎn)負(fù)，顯示輻射逐漸過(guò)渡到光學(xué)較薄狀態(tài)。
尤為重要的是，這一轉(zhuǎn)變發(fā)生在距離黑洞中心約30微角秒的位置，與3.5毫米波段觀(guān)測(cè)到的環(huán)狀結(jié)構(gòu)尺度一致。這表明，黑洞圖像中的環(huán)狀結(jié)構(gòu)不僅反映了輻射形態(tài)，還與視界附近等離子體的輻射狀態(tài)密切相關(guān)，為理解黑洞吸積流、噴流以及視界尺度輻射過(guò)程提供了新的觀(guān)測(cè)約束。
M87黑洞事件視界尺度譜指數(shù)隨與黑洞中心距離發(fā)生變化。（上海天文臺(tái)供圖）
“譜指數(shù)反映了黑洞周?chē)镔|(zhì)在不同觀(guān)測(cè)頻率下的輻射特性，是理解黑洞附近輻射機(jī)制的重要線(xiàn)索。”路如森介紹說(shuō)，此前發(fā)布的單一頻率的圖像，主要反映黑洞周?chē)椛涞目臻g結(jié)構(gòu)。只有將不同頻率的觀(guān)測(cè)結(jié)果結(jié)合起來(lái)，才能進(jìn)一步解析輻射背后的物理性質(zhì)，揭示黑洞附近等離子體的狀態(tài)及其輻射機(jī)制，推動(dòng)黑洞研究從“看見(jiàn)黑洞”邁向“讀懂黑洞”。（記者胡喆、張建松）
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