【导语】事件视界望远镜（EHT）合作组发布M87星系中心超大质量黑洞新图像，揭示其周围动态环境与偏振辐射演化。通过多年观测，科学家捕捉到黑洞磁场偏振模式的显著变化，为理解黑洞极端环境下的物理过程提供新视角，相关成果发表于《天文学与天体物理学》。
·事件视界望远镜持续提升其观测能力，多年观测捕捉到超大质量黑洞周围不断演变的偏振模式，并在其喷流底部探测到230 GHz辐射，新研究成果揭示了M87*黑洞周围的动态环境并深化了科学家对黑洞物理性质的认知。
事件视界望远镜（EHT）合作组发布M87星系中心超大质量黑洞的新图像，揭示黑洞附近偏振辐射随时间的演化。科学家还首次在EHT数据中发现了连接黑洞环状结(jié)构(gòu)与(yǔ)喷(pēn)流(liú)底(dǐ)部(bù)的(de)延(yán)伸(shēn)辐(fú)射(shè)的(de)迹(jī)象(xiàng)。最(zuì)新(xīn)研(yán)究(jiū)成(chéng)果(guǒ)为(wèi)人(rén)们(men)理(lǐ)解(jiě)黑(hēi)洞(dòng)周(zhōu)围(wéi)极(jí)端(duān)环(huán)境(jìng)下(xià)的(de)物(wù)理(lǐ)过(guò)程(chéng)提(tí)供(gōng)新(xīn)视(shì)角(jiǎo)，相(xiāng)关成(chéng)果(guǒ)9月(yuè)16日(rì)正(zhèng)式发表在《天文学与天体物理学》（Astronomy & Astrophysics）上。
M87星系距地球约5500万光年，其中心黑洞质量是太阳的60亿倍以上。EHT是由全球射电望远镜联合组网的“地球般大小的望远镜”，2019年发布的首张黑洞照片拍摄于2017年，其偏振结果于2021年公布。如今，通过对比分别拍摄于2017年、2018年和2021年的观测数据，科学家在揭示黑洞磁场时变方面取得了新进展。
事件视界望远镜（EHT）合作组发布的最新图像揭示了超大质量黑洞M87*周围一个动态环境，表现出不断变化的磁场偏振模式。如图所示，白色的线显示的是观测到电磁波的电场矢量方向，与该局部区域的磁场方向垂直。由图可以看出M87*附近磁场分布在2017年由里向外呈逆时针方向（左），2018年与2017年基本一致（中），而2021年磁场分布则反转成顺时针方向（右）。
研究发现，2017年至2021年间，偏振方向发生翻转：M87*附近磁场分布在2017年由里向外呈逆时针方向，2018年与2017年基本一致，而2021年磁场分布则反转成顺时针方向。这种磁场方向随时间变化的累积效应表明M87*及其周边环境处于持续演化状态。
研究人员认为，这种偏振旋转方向的明显变化可能源于内部磁结构与外(wài)部(bù)效(xiào)应(yīng)（如(rú)法(fǎ)拉(lā)第(dì)屏(píng)）的(de)共(gòng)同(tóng)作(zuò)用(yòng)。偏(piān)振(zhèn)的(de)演(yǎn)化(huà)反(fǎn)映(yìng)出(chū)黑(hēi)洞(dòng)周(zhōu)围(wéi)湍(tuān)动(dòng)不(bù)止(zhǐ)的(de)环(huán)境(jìng)，而(ér)其(qí)中(zhōng)磁(cí)场(chǎng)在(zài)物(wù)质(zhì)如(rú)何(hé)落(luò)入(rù)黑(hēi)洞(dòng)以(yǐ)及(jí)如(rú)何(hé)向(xiàng)外(wài)释(shì)放(fàng)能(néng)量(liàng)方(fāng)面(miàn)发挥着关键作用。
“令人惊叹的是，环大小在4年内保持一致，证实了爱因斯坦广义相对论预言的黑洞阴影，但其偏振模式却发生了显著变化。”哈佛-史密森尼天体物理中心天文学家、本研究共同负责人Paul Tiede表示，“这表明事件视界附近磁化等离子体远非静止不变的，而是时刻变化且极其复杂的，正在逼近我们现有理论模型的极限。”
“偏振方向在2017年到2021年的4年间发生翻转是完全出乎意料的。”庆熙大学天(tiān)文学(xué)家(jiā)、该(gāi)项(xiàng)目(mù)合(hé)作(zuò)者(zhě)Jongho Park解(jiě)释(shì)，这(zhè)既(jì)挑(tiāo)战(zhàn)了(le)现(xiàn)有(yǒu)模(mó)型(xíng)，也(yě)说(shuō)明(míng)在(zài)事(shì)件(jiàn)视(shì)界(jiè)附(fù)近(jìn)还(hái)有许多人类尚未理解的事。
类似M87这样的蕴含超大能量的喷流，通过调节恒星形成和大尺度上的能量分配，在星系演化中发挥着至关重要的作用。这种强大的喷流能产生包括伽马射线和中微子在内的全电磁波辐射，为研究宇宙极端现象的形成机制提供了一个独特的实验室。此次最新发现为破解该谜题提供了至关重要的一块拼图。
值得注意的是，2021年的观测新增了两个望远镜，即美国亚利桑那基特峰望远镜（Kitt Peak）和法国NOEMA阵列，这显著提升了EHT的灵敏度和成像清晰度，使得科学家首次成功通过EHT约束M87以接近光速远离黑洞的相对论喷流底部的辐射方向。此外，格陵兰望远镜（Greenland Telescope）和詹姆斯·克拉克·麦克斯韦望远镜（James Clerk Maxwell Telescope，JCMT）的性能升级也进一步提高了数据质量。
“年复一年，我们通过新增望远镜、改进仪器性能以及开发新算法等不断扩展和升级EHT。”合作负责人之一、EHT科学委员会成员、荷兰奈梅亨拉德堡德大学助理教授Michael Janssen补充道，“此项成果正是这些多方面升级共同作用产生的科学突破。由此激发的新的科学问题，无疑将引领我们今后多年的探索方向。”
上海天文台研究员沈志强表示，“我们也一直在多方面参与技术革新，例如目前前沿的多频同时接收、原始数据的相关处理、频率相位传递校准和成图技术等，以及推进相关科学突破。”