M87* 的观测图像与理论模拟图像对比。左侧两图分别为事件视界望远镜(EHT)在 2018 年和 2017 年观测中获得的 M87* 阴影图像。中间的图显示了在两个不同时间的利用广义相对论磁流体动力学(GRMHD)模拟做的图像。右侧两图为中间两图经过模糊处理后的图像,以匹配 EHT 的观测分辨率。
事件视界望远镜(EHT)合作团队利用2017年和2018年的观测数据,进一步深化了我们对Messier 87中心超大质量黑洞(M87*)的认识。这项研究引入了一个全新的数值模拟图像库,较上一版本新增了超过12万张图像,为研究黑洞视界尺度上不同年份的变化开辟了新的视野。研究团队确认,M87*的黑洞自旋轴朝向远离地球的方向,并揭示了黑洞周围吸积盘(围绕黑洞旋转的气体)中的湍流在解释环状结构亮度峰值相较2017年的偏移中起到了关键作用。这些研究成果发表在《天文学与天体物理学》(Astronomy & Astrophysics)杂志上,为揭示黑洞环境的复杂动力学迈出了重要的一步。
在历史性地首次发布黑洞图像六年之后,事件视界望远镜(EHT)合作组发布了对位于星系M87中心的超大质量黑洞M87*的全新分析。这项分析结合了 2017 年和 2018 年的观测结果,揭示了对事件视界附近等离子体结构和动力学的新认识。
这项研究标志着我们在理解支配黑洞及其周围环境的极端过程方面取得了重要突破,为宇宙中一些最神秘的现象提供了全新的理论见解。“黑洞的吸积环境是动态的湍流。由于我们能够将2017年和2018年的观测结果视为独立的测量结果,因此就可以从新的视角来约束黑洞的周围环境,”台湾师范大学助理教授蒲弘毅说。“这项工作凸显了观测黑洞随时间演变的变革性潜力。”
2018年的观测结果证实了2017年首次捕捉到的发光环的存在,其直径约为43微角秒,与对65亿太阳质量黑洞的阴影的理论预测相一致。值得注意的是,光环最亮的区域逆时针偏移了30度。伊利诺伊大学香槟分校博士生 Abhishek Joshi 解释道:“最亮区域的移动是黑洞周围吸积盘湍流的自然结果。在我们对2017年观测结果的最初理论解释中,我们预测最亮区域很可能会向逆时针方向移动。我们非常高兴地看到2018 年的观测结果证实了这一预测!”
环的底部依然是最亮的,这一现象为我们提供了许多关于黑洞自旋方向的重要信息。康塞普西翁大学的博士后研究员Bidisha Bandyopadhyay补充道:“2018年最亮区域的位置也巩固了我们之前在2017年观测中对黑洞方位的理解:黑洞的自转轴指向远离地球的方向!”
上海交通大学李政道研究所的研究团队在Yosuke Mizuno教授的领导下,为本研究开发了数值模拟数据库,并作出了理论解释。
研究团队利用了超级计算机生成的全新开发的大规模图像库,其规模是解释2017年观测数据所用图像库的三倍,并结合2017年和2018年的观测数据,对吸积模型进行了评估。“当气体螺旋流进黑洞时,既可能沿着黑洞自转的方向流动,也可能朝相反方向流动。我们发现,由于湍流变化率相对更高,后者更有可能与多年观测结果吻合,”上海交通大学李政道研究所博士后研究员 Indu Dihingia 解释道。“目前,我们正在分析EHT2021年和2022年的M87观测数据,这将有望提供更有力的统计约束,并深入揭示M87黑洞周围湍流流动的本质。”
论文原文
The Event Horizon Telescope Collaboration “The persistent shadow of the supermassive black hole of M87 II.Model comparisons and theoretical interpretations”
https://www.aanda.org/10.1051/0004-6361/202451296
李所工作共同作者
Yosuke Mizuno(水野阳介)
Indu K.Dihingia
联系我们
● Yosuke Mizuno(水野阳介)
Tenured Fellow / Associate professor
Tsung-Dao Lee Institute, Shanghai Jiao Tong University
Shanghai, China
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● Hung-Yi Pu
assistant professor/ Yushan young fellow
Taiwan Normal University
Taipei, Taiwan, China
Email: hypu@gapps.ntnu.edu.tw
● Geoffrey C. Bower
EHT Project Scientist
Academia Sinica Institute of Astronomy and Astrophysics
Hilo, HI, USA
Email: gbower@asiaa.sinica.edu.tw
● Mariafelicia de Laurentis
EHT Deputy Project Scientist
University of Naples Federico II
Naples, Italy
Email: mariafelicia.delaurentis@unina.it
文稿 | Yosuke Mizuno 蒋宏轩
编辑 | 孟闻卓