2019年时,天文学家第一次直接拍摄了不可见的黑洞,形状就跟爱因斯坦预测的一模一样,可见到眉月形的光环与中心阴影。现在新研究发现,M87黑洞的发光环正随着时间推移明显晃动,原因是气体和物质落入黑洞时被加热到数十亿度并电离,导致黑洞外观变化,从本质上讲,天文学家是捕捉到了黑洞进食。
根据目前理论,黑洞是通过不断吸收周围气体与物质来增长,落在黑洞上的物质因高速摩擦加热而在外围形成吸积盘、产生辐射,成为宇宙中最亮的天体,天文学家便可借此推断出哪里有黑洞,否则黑洞本体是与宇宙融为一体、不可见的。
2017年4月开始,事件视界望远镜(EHT)开始观测M87星系核心的超大质量黑洞,距地球5,500万光年。经过2年资料处理,团队于2019年4月10日发布了第一张黑洞直接图片(见下图),最中间的阴影为黑洞事件视界,由于该区域内失去所有光线故呈黑色,这也是黑洞存在的直接证据;围绕在事件视界边缘外的是吸积盘,气体物质因高速摩擦被加热到辐射出X射线,但人眼不可见,故经假色处理呈现橙色或红色,而光环的“下半”部分较明亮,因此实际上像呈现月牙形外观。
M87中心黑洞第一张直接成像照片。(Source:ESO)
这张照片成为了对照组。天文学家开始规整2009~2017年的旧数据制成新图像,然后与这张照片比较,先是确认这个66亿太阳质量的黑洞阴影直径,始终与爱因斯坦广义相对论的预测结果一致,还惊喜地发现黑洞外观随着时间发生明显变化,比如光环左侧在2011年最亮,2013年最暗;2012年时光环最亮的位置一会出现在上方、一会出现在下方等。
黑洞光环随时间发生明显摆动。
这对科学家来说是个大新闻,他们第一次看到了极端重力条件下极度接近黑洞事件视界的吸积盘动力学结构,而导致光环晃动的原因是黑洞环境如:磁场强度、旋转速度、倾斜度等发生改变。
由于吸积盘模型并不只一种,但并非所有模型都允许光环能出现这么大的波动,这代表我们已经可以开始排除某些模型。
团队下一步将着手分析从2018年开始的观测数据,2021年还会增加另外2个天文台站点的观测资料,届时我们将更接近黑洞阴影,获得更清晰的图像。新论文发布在《天文物理期刊》(The Astrophysical Journal)。
(图片来源:事件视界望远镜)