一年前，2019年4月10日，「事件視界望遠鏡」團隊發(fā)布了 M87 星系核心黑洞的第一張照片。現(xiàn)在，團隊又從「事件視界望遠鏡」的數(shù)據(jù)里發(fā)掘出了關于一顆遙遠類星體，3C 279 的新信息。他們觀測到了這個類星體核心的超大質量黑洞發(fā)射出來的噴流，并且將同類觀測的「畫質」提升到了鵝妹子嚶的程度。這個工作是由馬克思-普朗克射電天文研究所 （馬普射電所，位于波恩）的金哲勇（Jae-Young Kim，音譯）領導的。通過此次研究，他們終于得以回溯噴流的起點，那個接近在電磁波譜全波段都發(fā)生著劇烈輻射變化的區(qū)域 。
在人類首張黑洞照片公布一周年之際，這一研究成果于近日在《天文與天體物理》雜志正式發(fā)表。
事實上，從 2017 年 4 月開始，「事件視界望遠鏡」團隊就不間斷地從來自世界各地的觀測數(shù)據(jù)里挖掘信息。其中的一個觀測目標，距離我們整整 50 億光年。它位于室女座天區(qū)，是一個類星體，叫 3C 279。這個天體被選中并不僅僅是因為它非常的亮，其核心還伴有閃爍的現(xiàn)象。位于其中心的巨大黑洞一直在吭哧吭哧地吞食氣體。這個黑洞的質量，相當于十億個太陽質量。兩道長得跟消防水帶似的等離子體噴流從黑洞附近的吸積盤結構噴薄而出。 這個噴流速度非常快，幾乎能追上光的速度。黑洞巨大的引力會將物質吞進去，產(chǎn)生非常大的力，從而把等離子體加速到接近光速。
當一個給黑洞噴流拍照的攝影師其實并不容易。為了做到這點，「事件視界望遠鏡」使用了一種特別的技術：甚長基線干涉技術（VLBI）。簡單來說，它使得分散在世界各地的望遠鏡能夠相互連接，并同時同步觀測同一個天體。通過這種技術，這些「小」鏡子組成了一臺和地球尺寸相當?shù)摹复蟆雇h鏡。「事件視界望遠鏡」能夠分辨出角距離只有 20 微角秒的天體。 這么說吧，這就好比一個人站在月球上，能看得清在位于地球的火車站臺，父親手里拿著的一個橘子。
「事件視界望遠鏡」旗下的「小」望遠鏡們那里采集到的數(shù)據(jù)，會被交付到指定地點，比如馬普射電所和麻省理工的海斯塔克天文臺。在那里，超級計算機會等著它們，把它們打包，封裝。這些被打包的數(shù)據(jù)會由組隊參戰(zhàn)的專家們精心校準，分析。這一系列的工作，使得「事件視界望遠鏡」團隊的科學家們能夠搞出在地面能獲取的最佳畫質的觀測照片。
對于 3C 279 的觀測來說，「事件視界望遠鏡」甚至可以捕捉到這個類星體一光年以內的細節(jié)特征。當觀測達到了這種精度的時候，天文學家們就可以跟著噴流的方向，一直追溯它到吸積盤的位置，甚至能看到運動中的噴流和盤面。新鮮出爐的數(shù)據(jù)顯示，長得像一條直線一樣的噴流，在它的根部竟然扭起了麻花。 這是大家沒有想到的。天文學家們分析這個數(shù)據(jù)的時候甚至在噴流和與之垂直的盤面的交接處看到了一些特征，而那可能就是吸積盤的軸，也就是噴流出發(fā)的地方。這些照片上的細節(jié)每一天都在變。這些變化可能是由吸積盤的旋轉引起的。物質被撕碎，然后坍塌。數(shù)值模擬曾經(jīng)預測到了這個現(xiàn)象，但在這之前，沒有人觀測到過。
這篇論文的第一作者，來自馬普射電所的金哲勇，對這個結果感到興奮的同時，也有一點迷茫：我們都很清楚，每當我們新打開一扇了解宇宙的窗，我們就能發(fā)掘一些以前不知道的東西。 這回，我們想著要去探索噴流形成的地方，拍了一張精度最高、畫質最棒的照片，然后我們找到了一種垂直的結構。這就好像你在打開俄羅斯套娃，一層層打開之后，結果最里面的一個套娃，長得，特別，別致（噘嘴，禁止套娃！）。
艾弗里·布羅德里克（Avery Broderick）是在圓周理論物理研究所工作的一名天體物理家。他是這么解釋的：對于 3C 279 的研究來說，「事件視界望遠鏡」革命性的分辨本領和解析這些觀測數(shù)據(jù)時用到的全新計算方法的結合，非常具有啟迪意義。原來我們只能觀測到一個單一的射電「核心」（可能只有一個像素點），現(xiàn)在竟然能把它拆成倆獨立的復體了。最要命的是，在光月（不到 1 光年）量級這么小的尺度上，它還能動，我們還能看到 3C 279 的噴流正在以 99.5% 的光速射向我們！
因為 3C 279 的噴流運動實在是太快了，它快得看上去能達到光速的 20 倍。哈佛·史密松天體物理中心的博士后研究員唐·佩斯（Dom Pesce）解釋了這個現(xiàn)象：「這種奇特的光幻覺的出現(xiàn)是因為這些物質正向我們奔來。當我們捕獲它們發(fā)出的光的時候，它們看起來就比自身的速度要快。」這種意想不到的結構可能暗示了沖擊波的存在，又或者是有一定彎曲的，正在旋轉的噴流。這可能也解釋了為什么它在高能波段，比如伽馬射線波段，也能被觀測到了。
安東·曾蘇斯（Anton Zensus）是馬普射電所所長，同時也是「事件視界望遠鏡」委員會主席。他強調，這項成果是全球通力協(xié)作達成的。「去年我們發(fā)布了第一張黑洞陰影的照片。而如今，我們又看到了，意料之外的，3C 279 的噴流的形狀變化。我們去年就說了：這僅僅只是個開始。」
「事件視界望遠鏡陣列會一直變強的。」這是「事件視界望遠鏡」初代掌門謝·杜勒曼（Shep Doeleman）的觀點。「最新的關于類星體的研究成果恰恰說明，『事件視界望遠鏡』有著獨一無二的本事。它可以在很多科學問題上發(fā)揮作用。而且隨著我們往這個陣列里添加新的望遠鏡，這個陣列會越來越厲害的。我們的團隊已經(jīng)著手發(fā)展下一代的『事件視界望遠鏡』陣列了。下一代的『事件視界望遠鏡』，會極大的增強我們解析黑洞的能力，并讓我們有能力做出第一支黑洞的視頻（媽耶）。」“
依照慣例，「事件視界望遠鏡」的觀測會在每年北半球的春天進行，每年一次。不過由于新冠肺炎疫情的全球爆發(fā)，原定于2020年3、4月進行的觀測活動不得不被取消。
在宣布取消本輪觀測的時候，「事件視界望遠鏡」項目副主任，天文家邁克爾·赫希特（Michael Hecht）的結語是：「我們將把我們的所有精力放在發(fā)表基于 2017 年數(shù)據(jù)的學術成果上。我們也會深入分析 2018 年的升級版『事件視界望遠鏡』陣列的數(shù)據(jù)。對于明年春天的觀測，我們非常期待。隨著更多天文臺的加入，明年我們會用由 11 個天文臺共同組成的，擴展版的『事件視界望遠鏡』陣列進行觀測。」
論文原稿: J.Y. Kim, T.P. Krichbaum, et al.: 'Event Horizon Telescope imaging of the archetypal blazar 3C 279 at an extreme 20 microarcsecond resolution', in: Astronomy & Astrophysics (April 07, 2020)
2019 年 4 月 10 日，「事件視界望遠鏡」團隊通過構建一臺相當于地球大小的虛擬望遠鏡，發(fā)布了第一張射電星系 M87 核心的黑洞照片。這是人類首次有能力拍攝到黑洞照片。「事件視界望遠鏡」在眾多國際性投資的加持下，將現(xiàn)有的望遠鏡聯(lián)結到了新的系統(tǒng)上——一臺迄今為止分辨本領最強的新設備，誕生了。
構成「事件視界望遠鏡」的望遠鏡成員包括：阿塔卡馬大型毫米波望遠鏡（陣列）、阿塔卡馬探路者實驗陣列、綠岸望遠鏡（2018 年起）、毫米波射電研究所 30 米望遠鏡、毫米波射電研究所延展毫米波陣列（預計 2021 年加入）、基特峰望遠鏡（預計 2021 年加入）、詹姆斯·克拉克·麥克斯韋望遠鏡（亞毫米波）、大毫米波望遠鏡、亞毫米波陣列（美國）、亞毫米波望遠鏡（美國）、以及南極望遠鏡。
編輯：NKXXX
