黑洞仍然是宇宙中最神秘的天体之一，但近几年来，天文学家们已经开发出直接成像这些强大吸力的技术。而且他们在这方面做得越来越好。
事件视界望远镜（EHT）合作组织，这个在2017年拍摄了首张黑洞照片的国际团队，在此基础上进行了观测，突出了黑洞的磁场。就在本月，另一组天文学家还创建了同一张图像的AI增强版本。
今天在《自然》杂志上发表的一项新研究描述了，这个以其所在星系梅西耶87（M87）命名的黑洞的图像显示，其周围的吸积盘比2017年的观测结果显示的要大得多。
尽管长期以来理论上就推测黑洞的存在，但几十年来，天文学家只能在天空中找到黑洞的间接证据。例如，他们会寻找黑洞的巨大引力影响其他天体的迹象，比如恒星遵循特别紧密或快速的轨道，这暗示着存在另一个质量巨大但看不见的伴侣。
但这一切在2017年发生了改变，EHT的全球射电望远镜网络捕捉到了黑洞的第一个可见证据——位于距地球5700万光年外星系中心的超大质量黑洞。2019年发布这张照片时，黑洞周围的橙色火焰环被比作《指环王》中的“索伦之眼”。
EHT随后直接成像了人马座A*，即银河系中心的超大质量黑洞，并于2022年5月发布了另一个围绕黑色中心的橙色甜甜圈状图像。
这些超大质量黑洞，它们的质量通常是太阳的数十亿倍——M87估计是太阳的65亿倍，而人马座A*是太阳的400万倍——被认为存在于大多数星系的中心。所有这些质量产生的强大引力会拉近一切靠近它的气体、尘埃和其他多余物质，并将其加速到惊人的速度，使其落向被称为事件视界的黑洞边缘。
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就像水绕着排水口旋转一样，落下的物质螺旋状汇聚并被压缩成一个称为吸积盘的扁平圆环。但与排水口周围的水不同的是，吸积盘中的惊人速度和压力会将物质加热到发出强大X射线辐射的程度。吸积盘将辐射和气体的喷流以接近光速的速度喷射出黑洞。
EHT团队已经发现M87会产生强大的喷流。但第二组结果显示，黑洞周围坍缩物质的环状结构比他们最初估计的大了50%。
“这是我们第一次能够确定环相对于从中心黑洞喷出的强大喷流的位置，”麻省理工学院Haystack天文台的研究科学家、EHT合作成员Kazunori Akiyama在一份声明中表示。“现在我们可以更深入地开始解决诸如粒子如何被加速和加热等问题，以及黑洞周围的许多其他奥秘。”
新的观测数据是在2018年使用全球毫米波VLBI阵列进行的，这是一个横跨欧洲和美国的十几个射电望远镜网络。然而，为了获得更精确测量所需的清晰度，研究人员还加入了南北两地的天文台：格陵兰望远镜以及由智利高海拔沙漠中的66台射电望远镜组成的阿塔卡马大型毫米/亚毫米波阵列。
“将这两个望远镜[作为全球阵列的一部分]使我们在南北方向上的角分辨率提高了四倍，”麻省理工学院Haystack天文台EHT合作成员Lynn Matthews在媒体声明中表示。“这大大提高了我们可以看到的细节水平。在这种情况下，后果是我们对M87星系中心黑洞附近运行的物理学的理解有了巨大的飞跃。”
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最近一项研究聚焦于约3毫米波长的射电波，而2017年的原始研究使用的是1.3毫米波长。这可能使得更远、更大的环状结构更加清晰，而2017年的观测未能做到这一点。
“这种较长的波长通常与发射电子的较低能量有关，”哈佛大学天体物理学家Avi Loeb说，他并未参与这项新研究。“有可能你在离黑洞更远的地方，在较长波长上会获得更强的辐射。”
未来，天文学家计划在其他波长上观测黑洞，以突出其结构的各个部分和层次，并更好地理解这些宇宙巨兽是如何在星系中心形成的，以及它们如何促进星系的演化。
Loeb说，超大质量黑洞是如何产生喷流的“并不是一个被充分理解的过程”。“这是我们第一次观测到可能是喷流的根部。理论物理学家可以用它来模拟M87喷流是如何被发射出来的。”
他补充说，他希望未来的观测能够捕捉到吸积盘中事件的序列。也就是说，基本上将M87正在发生的事情制作成一部电影。
Loeb说：“可能会有一个我们可以追踪的热点，它要么在围绕运动，要么在朝向喷流运动，”这反过来又可以解释“像黑洞这样的庞然大物是如何获得能量的。”
