震撼离奇：人类首次拍摄的黑洞发生惊人反转

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作者：Robert Lea

翻译：马艺朔

校对：王忠伟

美工：邱和琴

后台：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

事件视界望远镜拍摄的M87星系中心超大质量黑洞图像，从中能够看出其磁场偏振方向随时间的变化。（图源：EHT合作组织）

事件视界望远镜（EHT）最新发布了M87星系中心超大质量黑洞的震撼图像。2019年4月，EHT因发布人类首张黑洞照片而让超大质量黑洞M87*变得举世闻名。

这些距离地球约5500万光年的M87*图像显示，黑洞周围磁场的偏振方向在四年间发生了反转。新观测还捕捉到了黑洞附近出现物质喷流的明显迹象，其基部与黑洞外边界（即“事件视界”）周围明亮的环相连。

这些图像能够帮助科学家完善物质在超大质量黑洞周围极端环境中运动规律的理论。这一类黑洞的质量相当于数百万乃至数十亿个太阳，并且存在于所有大型星系的中心。

M87*的新图像展示了磁场方向的反转：2017年向一个方向旋转，而2021年则变为反方向。（图片来源：EHT合作组织）

EHT团队成员、韩国庆熙大学研究员Jongho Park表示：“偏振方向在2017-2021年间发生反转完全出乎意料。这挑战了我们现有的模型，说明我们对事件视界附近现象的认知仍然不足。”

观测显示，这个相当于65亿个太阳质量的黑洞周围的超高温磁化气体（即等离子体）环在2017年往某一方向流动，2018趋于稳定，而在2021年竟反向旋转。更有趣的是，并非所有该等离子体的特征都在这四年间发生了变化。

研究共同负责人、哈佛-史密松天体物理中心天文学家Paul Tiede指出：“惊人之处在于，虽然光环的尺寸在这些年仍保持不变，证实了爱因斯坦广义相对论预测的黑洞阴影，但是偏振规律却剧烈变化。这表明，事件视界附近旋转的磁化等离子体并非静态，它们极具动态性和复杂性，正在挑战理论模型的极限。”

人类历史上捕获的首张黑洞图像，展示了环绕M87*的等离子体环。（图源：事件视界望远镜）

M87*周围等离子体偏振方向的改变似乎表明，这个黑洞周边的环境正处于一种不断演变且充满湍流的状态，这可能影响其吞噬周围物质的方式。磁场反转的原因目前尚未明确，但可能是等离子体自身的磁性结构以及外部效应的共同结果所导致的。

此次发布的新图像还让研究团队首次得以通过EHT定位从M87*周边以近光速喷发的粒子喷流的基部。这是一个重大的突破性发现，因为这类由磁场导向两极的粒子流被视为超大质量黑洞塑造其宿主星系的主要方式之一，通过这一机制这些黑洞向周围环境倾泻巨大的能量。

新图像也体现了EHT望远镜阵列本身的升级。2021年收集的最终图像更为清晰，因为在组成EHT网络的约25台地面与空间仪器中，新增了位于美国亚利桑那州基特峰望远镜与法国的诺埃玛（NOEMA）毫米波阵列。这显著提升了项目的观测灵敏度。

EHT科学家、意大利那不勒斯费德里科二世大学的天文学家Mariafelicia De Laurentis表示，“这些成果表明EHT正在发展成为一个成熟的天文观测台。它不仅能够提供前所未有的图像，也更加能帮助我们逐步建立起对黑洞物理学的渐进和连贯认知。每一次新的观测项目都在拓展我们的视野，从等离子体和磁场动力学到黑洞在宇宙演化中的作用。这是这个仪器非凡科学潜力的具体证明。”

团队成员表示，得益于格陵兰望远镜和詹姆斯·克拉克·麦克斯韦望远镜的升级，EHT未来获取的图像质量即将再上一个新的台阶。因此，EHT必将在未来多年里，持续在人类理解黑洞物理学这一领域中发挥重要的作用。

团队共同负责人、荷兰拉德堡德大学的Michael Janssen说：“年复一年我们都在提升EHT——增加新的望远镜、升级仪器设备、提出科学探索的新想法、开发新算法以从数据中挖掘更多的信息。对这项研究而言，所有这些因素完美地结合在一起并催生了新的科学成果和新的问题，对此我们仍是任重道远。”

该团队的研究成果发表在《天文学与天体物理学》（Astronomy & Astrophysics）期刊八月版中。

责任编辑：DAIKIN

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图片来源及版权：J. De Winter, C. Humbert, C. Robert & V. Sabet; 文字: Ogetay Kayali (MTU)

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