麻省理工学院：M87*黑洞摇晃的影子

2019年，包括麻省理工学院干草堆天文台科学家团队在内的事件视界望远镜(EHT)合作，提供了第一张黑洞图像，揭示了M87*-M87星系中心的超大质量天体。EHT团队利用去年学到的经验教训分析了2009年至2013年的档案数据集，其中一些数据以前没有发表过。分析揭示了黑洞图像多年来的行为，表明新月形阴影特征的持久性，但也表明其方向的变化-新月形似乎在摆动。完整的研究结果今天发表在“天体物理杂志”的一篇文章中，题为“用事件视界望远镜在2009-2017年监测M87的形态*”(The Morphology of the Morphology of M87*in 2009-2017 with the Event Horizon Telescope)。

EHT是一个全球性的望远镜阵列，使用超长基线干涉技术进行同步观测。它们一起形成了一个虚拟的地球大小的无线电碟子，提供了独特的高图像分辨率。在2009-13年，早期EHT原型阵列观测到了M87*，从2009年到2012年，望远镜分别位于三个地理地点和2013年的四个地点。2017年，EHT走向成熟，在全球五个不同的地理位置安装了望远镜。

这项研究的数据集在麻省理工学院干草堆天文台是完全相关的。2009-2013年的观测数据比2017年的少，这使得创建图像是不可能的。但EHT团队能够使用统计建模来观察M87*的外观随时间的变化。在建模方法中，将数据与一族几何模板族进行比较，在这种情况下，环的亮度不均匀。然后使用统计框架来确定数据是否与这些模型一致，并找到最佳拟合的模型参数。

“这是创造性数据分析的一个很好的例子。麻省理工学院干草堆天文台主任、EHT合作委员会主席Colin Lonsdale说：“从之前的观测中提取重要的新天体物理理解，并从之前的观测中榨取新的洞察力，是科学家如何最大限度地利用这种精心收集的数据的信息内容的一个富有想象力的例子。“这种视界尺度结构在一段时间内的行为允许对这个令人着迷的物体的特性施加重要的额外限制。”

将分析扩展到2009-2017年的观测，EHT科学家已经表明M87*符合理论预期。黑洞的阴影直径与爱因斯坦广义相对论对一个65亿太阳质量的黑洞的预测保持一致。

麻省理工学院干草堆天文台的研究科学家、该项目的参与者秋山和夫说：“在这项研究中，我们表明，一般的形态，或者说不对称环的存在，很可能会在几年的时间尺度上持续存在，”该项目的参与者之一、麻省理工学院干草堆天文台的研究科学家秋山和夫说。“多个观测时期的一致性使我们对M87*的性质和阴影的起源比以往任何时候都更有信心。”

虽然新月直径保持一致，但EHT团队发现数据隐藏了一个惊喜：环在晃动，这对科学家来说意味着大新闻。在极端重力条件下，他们第一次能够瞥见如此接近黑洞活动视界的吸积流的动力学结构。研究这一区域是理解相对论喷气发射等现象的关键，也将使科学家能够对广义相对论进行新的检验。

落入黑洞的气体加热高达数十亿度，电离，并在磁场的存在下变得湍流。哈佛和史密森天体物理中心的Maciek Wielgus说：“因为物质的流动是动荡的，新月似乎会随着时间的推移而摆动。”Maciek Wielgus是黑洞计划的成员，也是这篇论文的主要作者。“事实上，我们在那里看到了相当多的变化，并不是所有的吸积理论模型都允许这么大的摆动。这意味着我们可以开始排除一些基于观测到的震源动态的模型。“

“麻省理工学院干草堆天文台在组织这些早期观测方面发挥了重要作用，将大量硬盘上返回的海量数据进行了关联，并减少了数据，”干草堆天文台的研究科学家文森特·菲什(Vincent Fish)说。“虽然当时我们能够对M87*排放的大小和性质施加重要限制，但从2017年更好的阵列数据中获得的图像为全面理解早期数据试图告诉我们的信息提供了关键背景。”

干草堆科学家Geoff Crew补充说，“在研究EHT技术十年之后，我很高兴M87*也同样很好地利用了它的时间。”