科學家發現距地球最近的超大質量黑洞，並繪製出首張黑洞周邊圖像
近日，一篇發表在「天體物理學雜誌（The Astrophysical Journal）」上的論文稱，天文學家們已借 ALMA 望遠鏡陣列成功觀測到了銀河中心的超大質量黑洞人馬座 A 星（Sagittarius A）發出的電磁輻射。
此前嘗試觀測人馬座 A 星時，一團塵埃擋住了天文學家們視線，導致科學家們無法獲取清晰的人馬座 A 星圖像，進而無法對該天體進行深入研究。但天文學家們現已借剛納入全球觀測陣列不久的 ALMA 射電望遠鏡陣列，利用 86 GHz 頻率的超長基線干涉測量（VLBI）觀測技術以及整合全球觀測陣列產生的數據，詳細地研究了這團擋在人馬座 A 星前的塵埃，並以此去除了由塵埃造成的散射效應，繪製了首張黑洞周邊區域圖像。由於塵埃分布造成的限制，人馬座 A 星的輻射區域可能較此前預想的要更為狹小，甚至還可能碰巧正對著地球。
人馬座 A 星的觀測模擬圖——左上： 86GHz 觀測頻率模擬圖，右上：帶散射效應的觀測模擬圖，右下：帶散射效應的地表觀測模擬圖，左下：無散射效應的地表觀測模擬圖。（來源：S. Issaoun, M. Mo?cibrodzka, Radboud University/ M. D. Johnson, CfA）
高質量的未散射圖像使科學家對其周圍塵埃氣團構建了更為準確理論模型，輻射放射區域相對地球所成的角度僅有 3 億分之一度，且放射源具有對稱性。論文主要作者，Sara Issaoun 說：「這表明輻射可能是在一個氣盤中產生的，而不是通過射電流產生，若真是如此，人馬座 A 星將是眾多黑洞種類中的一個特例，但還有一種可能是人馬座 A 星的射電流正好正對著地球。」
Sara Issaoun 的導師，拉德堡德大學（Radboud University）的射電天文學教授 Heino Falcke 也認為，射電源正對著地球的情況十分罕見，但目前確實不能排除這一可能。Falcke 表示，他曾認為射電源正對地球的模型純屬理論，但最近 GRAVITY 團隊用 ESO 觀測陣列對人馬座 A 星進行觀測也得出了類似的結論。他說：「可能人馬座 A 星的射電源確實就正沖著地球，但若真是如此，我們就得換個角度研究它了。」
超大質量黑洞在星系中心地帶極為常見，並且可能是已知宇宙中最具能量的現象。現有理論認為，被這些黑洞捕捉到的物質會落入一個旋轉的盤狀區域，沿著兩束射流以相反的方向被撕開，在旋轉過程中逐漸加速至接近光速的速度，並向外放出大量輻射。然而，「被觀測到的人馬座 A 星輻射究竟是來自氣體還是射電流」仍是一個具有爭議的問題。
人馬座 A 星是距地球最近的超大質量黑洞，約為太陽的 400 萬倍。它在地球上所呈的觀測角角度小於一億分之一度，與從地球上看到的月球上的網球大小相對應，這對觀測用射電望遠鏡的頻率提出了要求。
圖丨全球毫米級 VLBI 觀測陣列（GMVA）（來源：S. Issaoun, Radboud University/ D. Pesce, CfA）
天文學家們用超長基線干涉測量觀測技術（VLBI），通過調整射電望遠鏡的頻率來實現更高的解析度。此次做出主要貢獻的 ALMA 觀測陣列於 2017 年 4 月加入全球毫米波 VLBI 觀測陣列（GMVA），因人馬座 A 星位於南部星域，因此與參與觀測的其他 12 台觀測設施相比執行了較多的觀測任務。天文學家們計劃將在不同波長上用射電望遠鏡陣列對人馬座 A 星進行進一步觀測，以獲取更多有關該黑洞的信息來判斷其輻射信號的產生方式並對其進行進一步研究。
參考：
Revealing the black hole at the heart of the galaxy
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