M87*黑洞新圖像揭示偏振方向出乎意料的翻轉

·事件視界望遠鏡持續提升其觀測能力，多年觀測捕捉到超大質量黑洞周圍不斷演變的偏振模式，并在其噴流底部探測到230 GHz輻射，新研究成果揭示了M87*黑洞周圍的動態環境并深化了科學家對黑洞物理性質的認知。

事件視界望遠鏡（EHT）合作組發布M87星系中心超大質量黑洞的新圖像，揭示黑洞附近偏振輻射隨時間的演化?？茖W家還首次在EHT數據中發現了連接黑洞環狀結構與噴流底部的延伸輻射的跡象。最新研究成果為人們理解黑洞周圍極端環境下的物理過程提供新視角，相關成果9月16日正式發表在《天文學與天體物理學》（Astronomy & Astrophysics）上。

M87星系距地球約5500萬光年，其中心黑洞質量是太陽的60億倍以上。EHT是由全球射電望遠鏡聯合組網的“地球般大小的望遠鏡”，2019年發布的首張黑洞照片拍攝于2017年，其偏振結果于2021年公布。如今，通過對比分別拍攝于2017年、2018年和2021年的觀測數據，科學家在揭示黑洞磁場時變方面取得了新進展。

事件視界望遠鏡（EHT）合作組發布的最新圖像揭示了超大質量黑洞M87*周圍一個動態環境，表現出不斷變化的磁場偏振模式。如圖所示，白色的線顯示的是觀測到電磁波的電場矢量方向，與該局部區域的磁場方向垂直。由圖可以看出M87*附近磁場分布在2017年由里向外呈逆時針方向（左），2018年與2017年基本一致（中），而2021年磁場分布則反轉成順時針方向（右）。

研究發現，2017年至2021年間，偏振方向發生翻轉：M87*附近磁場分布在2017年由里向外呈逆時針方向，2018年與2017年基本一致，而2021年磁場分布則反轉成順時針方向。這種磁場方向隨時間變化的累積效應表明M87*及其周邊環境處于持續演化狀態。

研究人員認為，這種偏振旋轉方向的明顯變化可能源于內部磁結構與外部效應（如法拉第屏）的共同作用。偏振的演化反映出黑洞周圍湍動不止的環境，而其中磁場在物質如何落入黑洞以及如何向外釋放能量方面發揮著關鍵作用。

“令人驚嘆的是，環大小在4年內保持一致，證實了愛因斯坦廣義相對論預言的黑洞陰影，但其偏振模式卻發生了顯著變化?！惫?史密森尼天體物理中心天文學家、本研究共同負責人Paul Tiede表示，“這表明事件視界附近磁化等離子體遠非靜止不變的，而是時刻變化且極其復雜的，正在逼近我們現有理論模型的極限?！?/p>

“偏振方向在2017年到2021年的4年間發生翻轉是完全出乎意料的?！睉c熙大學天文學家、該項目合作者Jongho Park解釋，這既挑戰了現有模型，也說明在事件視界附近還有許多人類尚未理解的事。

類似M87這樣的蘊含超大能量的噴流，通過調節恒星形成和大尺度上的能量分配，在星系演化中發揮著至關重要的作用。這種強大的噴流能產生包括伽馬射線和中微子在內的全電磁波輻射，為研究宇宙極端現象的形成機制提供了一個獨特的實驗室。此次最新發現為破解該謎題提供了至關重要的一塊拼圖。

值得注意的是，2021年的觀測新增了兩個望遠鏡，即美國亞利桑那基特峰望遠鏡（Kitt Peak）和法國NOEMA陣列，這顯著提升了EHT的靈敏度和成像清晰度，使得科學家首次成功通過EHT約束M87以接近光速遠離黑洞的相對論噴流底部的輻射方向。此外，格陵蘭望遠鏡（Greenland Telescope）和詹姆斯·克拉克·麥克斯韋望遠鏡（James Clerk Maxwell Telescope，JCMT）的性能升級也進一步提高了數據質量。

“年復一年，我們通過新增望遠鏡、改進儀器性能以及開發新算法等不斷擴展和升級EHT?！焙献髫撠熑酥?、EHT科學委員會成員、荷蘭奈梅亨拉德堡德大學助理教授Michael Janssen補充道，“此項成果正是這些多方面升級共同作用產生的科學突破。由此激發的新的科學問題，無疑將引領我們今后多年的探索方向?！?nbsp;

上海天文臺研究員沈志強表示，“我們也一直在多方面參與技術革新，例如目前前沿的多頻同時接收、原始數據的相關處理、頻率相位傳遞校準和成圖技術等，以及推進相關科學突破。”