中國天馬望遠(yuǎn)鏡助力解析銀河系中心超大質(zhì)量黑洞內(nèi)稟結(jié)構(gòu)

近日，由西班牙安達(dá)盧西亞天體物理研究所博士后Ilje Cho和研究人員趙光耀牽頭的科研團(tuán)隊通過分析觀測數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)銀河系中心的超大質(zhì)量黑洞——人馬座A*（Sgr A*）——的內(nèi)稟結(jié)構(gòu)近乎是圓形的。測得的輻射區(qū)大小表明圍繞Sgr A*的吸積流中有非熱電子，輻射區(qū)的形狀則顯示吸積流的旋轉(zhuǎn)軸是直接指向地球的。相關(guān)研究成果發(fā)表在《天體物理學(xué)雜志》上。

左: 南非射電天文臺的MeerKAT拍攝的銀河系中心區(qū)域。 右: 東亞VLBI網(wǎng)（EAVN）在1.3厘米(上)和7毫米(下)波段的觀測結(jié)果。左側(cè)是觀測到的SgrA*（受星際介質(zhì)散射影響）結(jié)構(gòu)圖像，右側(cè)是消除了散射效應(yīng)后的SgrA*內(nèi)稟結(jié)構(gòu)圖像。

這一問題的突破，離不開上海天文臺的天馬望遠(yuǎn)鏡所在的東亞VLBI網(wǎng)（East-Asian VLBI Network，簡稱EAVN）的助力。天文學(xué)家通常運(yùn)用甚長基線干涉測量（Very LongBaseline Interferometry，簡稱VLBI）技術(shù)來解析遙遠(yuǎn)天體的精細(xì)結(jié)構(gòu)。VLBI是將位于不同地點(diǎn)的多個射電望遠(yuǎn)鏡聯(lián)合起來，等效于一臺口徑與望遠(yuǎn)鏡之間最遠(yuǎn)距離相當(dāng)?shù)?ldquo;虛擬望遠(yuǎn)鏡”。距離越遠(yuǎn)，等效望遠(yuǎn)鏡的口徑就越大，其觀測精細(xì)結(jié)構(gòu)的能力（即分辨本領(lǐng)）也越強(qiáng)。這種“虛擬望遠(yuǎn)鏡”可以通過國際VLBI網(wǎng)實(shí)現(xiàn)，EAVN目前由21臺射電望遠(yuǎn)鏡組成，包括了中國6臺、韓國4臺和日本11臺望遠(yuǎn)鏡，上海天文臺的天馬望遠(yuǎn)鏡是該觀測網(wǎng)的重要臺站，長期為全球的天文學(xué)家提供了高質(zhì)量的觀測數(shù)據(jù)。

此項目中，研究人員通過分析EAVN在1.3厘米和7毫米波長下的觀測數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，Sgr A*的內(nèi)稟結(jié)構(gòu)幾乎是圓形的。研究人員使用了EAVN在1.3厘米波長的10臺望遠(yuǎn)鏡與7毫米波長的8臺望遠(yuǎn)鏡的觀測數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)來自2017年4月進(jìn)行的觀測，這也是首次拍到M87*黑洞陰影照片的“事件視界望遠(yuǎn)鏡”（Event Horizon Telescope，簡稱EHT）對Sgr A*多波段協(xié)同觀測的一部分。上海天文臺沈志強(qiáng)研究員介紹說：“作為東亞VLBI網(wǎng)中能夠承擔(dān)毫米波段觀測的最大口徑的射電望遠(yuǎn)鏡，上海65米口徑天馬望遠(yuǎn)鏡的接收面積超過了其他望遠(yuǎn)鏡的總和。天馬望遠(yuǎn)鏡的參與顯著提高了東亞VLBI網(wǎng)的觀測靈敏度，在保障探測更微弱信號的可靠性方面功不可沒。”

天馬望遠(yuǎn)鏡是由中國科學(xué)院和上海市聯(lián)合立項建造的一臺具有多科學(xué)用途的世界級大型可轉(zhuǎn)動射電望遠(yuǎn)鏡，曾入選2012年中國十大科技進(jìn)展新聞和上海十大科技進(jìn)展，獲得2018年上海市科技進(jìn)步特等獎。自2012年落成并投入運(yùn)行以來，天馬望遠(yuǎn)鏡在承擔(dān)我國探月工程和火星探測等國家重大工程的VLBI測定軌任務(wù)的同時，作為國際VLBI網(wǎng)（如歐洲VLBI網(wǎng)和東亞VLBI網(wǎng)）的正式成員，也積極參與了大量的VLBI天體物理觀測研究，包括2021年發(fā)布的與全球望遠(yuǎn)鏡聯(lián)合對M87黑洞開展的前所未有的多波段同步觀測等。

（總臺央視記者 竇筠韻 張峻赫）