“甜甜圈”有了新进展：天文学家用23年数据为黑洞自旋“画像”

　　中国青年报客户端上海9月27日电（中青报·中青网记者 魏其濛）2019年4月10日，科学家们首次发布了M87黑洞的图像，其酷似甜甜圈的形象给人们留下深刻印象。记者今天从中国科学院上海天文台获悉，“甜甜圈”有了新进展。由来自全球45个研究机构的科研人员组成的国际科研团队通过分析多个甚长基线干涉测量网在2000年至2022年的观测数据，发现M87星系中心黑洞喷流呈现周期性摆动，摆动周期约为11年，振幅约为10度。这一现象符合爱因斯坦的广义相对论关于“如果黑洞处于旋转状态，会导致参考系拖曳效应”的预测。这项研究成果成功地将M87星系中心黑洞喷流的动力学与该星系中心超大质量黑洞的状态联系起来，为M87黑洞自旋的存在提供了观测证据。这项研究于北京时间9月27日23时发表在《自然》（Nature）上。

倾斜吸积盘模型示意图。受访者供图

　　M87星系是一个距离地球5500万光年的近邻星系，其中心有一个质量比太阳大65亿倍的黑洞，天文学家在1918年首次在光学波段观测到M87中的喷流，这也是人类观测到的第一个宇宙喷流。这些特征让M87星系成为了天文学家研究黑洞与喷流之间关系的最佳目标源，天文学家能够利用具有超高角分辨率的VLBI技术解析出非常靠近黑洞的喷流结构。科研人员通过分析最近23年来的VLBI观测数据，成功地捕捉到M87中喷流的周期性进动。研究团队基于观测结果进行了大量细致的理论调研和分析，并使用超级计算机进行了最新的结合了M87性质的数值模拟。数值模拟的结果证实了当吸积盘的旋转轴与黑洞的自旋轴存在夹角时，会因参考系拖曳效应导致整个吸积盘的进动，而喷流受吸积盘的影响也产生进动。探测到喷流的进动可为M87中心黑洞的自旋提供有力的观测证据，带来对超大质量黑洞性质的新认知。

　　崔玉竹接受媒体采访。中青报·中青网记者魏其濛摄像论文第一作者兼通讯作者、之江实验室博士后崔玉竹介绍，研究团队通过拟合结果发现M87星系中心黑洞喷流摆动的周期约为11年，因此，需要观测至少两个周期以上，才能得到准确的结果。在项目进行过程中，国内的多家单位深度合作。中国科学院上海天文台65米天马望远镜和新疆天文台南山26米射电望远镜自2017年起持续参与EAVN观测，分别在提高观测灵敏度和角分辨率上发挥了重要作用，云南大学中国西南天文研究所的副研究员林伟康、上海交通大学李政道研究所Yosuke Mizuno副教授、中国人民解放军空军预警学院俞锦涛博士、中国科学院上海天文台江悟副研究员和新疆天文台崔朗研究员等在数据分析处理和理论模型对比解释中做出了重要贡献。这项工作使用了包括东亚VLBI网（EAVN）、美国的甚长基线阵列（VLBA）、韩国KVN和日本VERA联合阵列（KaVA）以及东亚到意大利/俄罗斯联合的EATING观测网在内的多个国际观测网络的170个观测数据，全球超过20个射电望远镜为这项研究做出了贡献。中国科学院上海天文台沈志强研究员表示，基于这项工作，研究团队预测还有更多的星系中心黑洞具有类似的倾斜的吸积盘结构，但如何探测到更多具有倾斜盘的源也面临更大的挑战。还有很多谜团需要更多的长期观测和更加详细的分析。他说：“最近这些年来的科学发现，已经充分展现了毫米波VLBI技术在研究超大质量黑洞和探索宇宙奥秘中的独特优势。近期开工建设的上海天文台日喀则40米射电望远镜，建成后也将进一步提升EAVN的高分辨率毫米波成像观测能力；其所在的青藏高原是全球范围内最适合开展（亚）毫米波观测的优良站址区域之一，我们希望藉此推动发展中国亚毫米波天文观测。”