五年前，當(dāng)事件視界望遠(yuǎn)鏡(EHT)為銀河系中心超大質(zhì)量黑洞人馬座A*的新圖像收集數(shù)據(jù)時，包括NASA三個太空X射線望遠(yuǎn)鏡在內(nèi)的眾多其它望遠(yuǎn)鏡也向黑洞投出了一瞥，對來自黑洞的X射線、近紅外、毫米波、無線電波等多波長光進(jìn)行了觀測。

5月12日，這些不同波長光的初步觀測結(jié)果與人馬座A*黑洞新圖像一并公布。其中，天文學(xué)家們兩次捕獲到人馬座A*黑洞的x射線耀斑。天文學(xué)家們將對這些多波長數(shù)據(jù)進(jìn)一步分析，以更好地了解人馬座A*黑洞——這個距離地球約27000光年、質(zhì)量相當(dāng)于400萬個太陽的銀河系中心黑洞與其周圍環(huán)境相互作用的機(jī)制。

該圖的藍(lán)色來自錢德拉望遠(yuǎn)鏡的 X 射線數(shù)據(jù)，描繪了從黑洞附近的大質(zhì)量恒星吹走的熱氣體。美國宇航局哈勃太空望遠(yuǎn)鏡拍攝的兩張不同波長的紅外光圖像顯示了恒星（橙色）和冷氣體（紫色）。嵌入圖顯示了新的 EHT 圖像。（來源：X 射線：NASA/CXC/SAO；紅外：NASA/HST/STScI。

“如果新公布的黑洞圖像向我們展示了一個黑洞颶風(fēng)的風(fēng)暴眼，那么這些多波長的數(shù)據(jù)能夠揭示風(fēng)暴眼數(shù)百甚至數(shù)千英里以外的風(fēng)和雨,“加拿大蒙特利爾麥吉爾大學(xué)的達(dá)里爾·哈格德（Daryl Haggard）說，哈林德是此次多波長觀測活動的領(lǐng)導(dǎo)者之一。

“我們想知道，這場宇宙風(fēng)暴是如何與它所在的銀河系環(huán)境相互作用、甚至破壞它所在的環(huán)境。” 哈林德說。

2017年4月5日至11日期間，事件視界望遠(yuǎn)鏡(EHT)國際合作小組通過全球6個地點(diǎn)的8臺射電望遠(yuǎn)鏡，在1.3mm的無線電波長上，使用甚長基線干涉法(Very Long-Baseline Interferometer ，簡稱“VLBI”)觀測了人馬座A*黑洞，通過對觀測數(shù)據(jù)的匯編，天文學(xué)家們形成了此次黑洞的新圖像。

與此同時，參與多波長觀測的科學(xué)家們也用能夠探測到不同波長光的設(shè)備對同一黑洞進(jìn)行了觀測。他們收集了來自NASA錢德拉X射線望遠(yuǎn)鏡（Chandra X-ray Observatory）、核光譜望遠(yuǎn)鏡陣列(NuSTAR)和尼爾·格雷斯·斯威夫特望遠(yuǎn)鏡（Neil Gehrels Swift Observatory）的X射線數(shù)據(jù)；來自東亞甚長基線干涉儀(VLBI)陣列和全球3毫米甚長基線干涉儀（VLBI）陣列的無線電數(shù)據(jù)；以及來自歐洲南方天文臺位于智利的甚大望遠(yuǎn)鏡的紅外數(shù)據(jù)。

根據(jù)5月12日發(fā)布在《天體物理學(xué)雜志通訊》（The Astrophysical Journal Letters）特刊上的相關(guān)論文，此次多波長觀測結(jié)果顯示，人馬座A*黑洞大部分時間處于相對平靜的狀態(tài)。天文學(xué)家們探測到兩次X射線耀斑：斯威夫特望遠(yuǎn)鏡和錢德拉望遠(yuǎn)鏡在2017年4月7日探測到了一次較暗的耀斑，錢德拉望遠(yuǎn)鏡和NuSTAR望遠(yuǎn)鏡在2017年4月11日探測到了一次較亮的耀斑。事件視界望遠(yuǎn)鏡（EHT）并沒有同時觀測到此次較亮的耀斑，但是其ALMA（阿卡塔瑪大型毫米亞毫米陣列望遠(yuǎn)鏡）和SMA（亞毫米波陣列望遠(yuǎn)鏡）在此次耀斑后，顯示出毫米波強(qiáng)度和變化率顯著增強(qiáng)。

捕捉人馬座A*的X射線耀斑是此次多波長觀測的一個重要目標(biāo)。黑洞的耀斑被認(rèn)為由磁場活動驅(qū)動，類似太陽上的耀斑，但其強(qiáng)度可能是太陽的幾千萬倍。這些耀斑大約每天都在EHT進(jìn)行觀測的區(qū)域內(nèi)發(fā)生，而這個區(qū)域比人馬座A *黑洞的事件視界略大。（所謂事件視界，是一種時空的曲隔界線，在黑洞周圍的便是事件視界。根據(jù)廣義相對論，在黑洞巨大的引力影響下，一切物質(zhì)包括光線都不可能從事件視界內(nèi)部逃脫。）

因此，在捕獲耀斑的基礎(chǔ)上，天文學(xué)家們希望通過多波長觀測實(shí)現(xiàn)另一個目標(biāo)，即了解人馬座A*黑洞在更大的區(qū)域內(nèi)正在發(fā)生的事情。雖然EHT圖像結(jié)果顯示了人馬座A*和黑洞M87*之間有著驚人的相似之處，但天文學(xué)家們認(rèn)為，在更大的區(qū)域范圍內(nèi)，人馬座A*要復(fù)雜得多。

此外，此次多波長觀測也將有助于科學(xué)家們進(jìn)一步認(rèn)識黑洞的吸積過程。長久以來，圍繞黑洞的懸而未決的謎題之一，是它們?nèi)绾我越咏馑俚乃俣仁占?、攝取或是排出圍繞它們運(yùn)行的物質(zhì)，這個過程被稱為“吸積”（accretion）。了解吸積的過程，對于認(rèn)識整個宇宙中各種大小的行星、恒星和黑洞的形成和生長至關(guān)重要。

據(jù)NASA的新聞稿，在此次多波長觀測中，錢德拉X射線望遠(yuǎn)鏡對人馬座A *周圍熱氣體進(jìn)行了探測，這對于吸積研究至關(guān)重要，因?yàn)樗茱@示黑洞的引力從附近的恒星捕獲了多少物質(zhì)，以及有多少物質(zhì)在設(shè)法接近事件視界。這些關(guān)鍵的信息目前無法由觀測其它黑洞（包括此前的M87*黑洞）的望遠(yuǎn)鏡得到。

荷蘭阿姆斯特丹大學(xué)的塞拉·馬爾科夫（Sera Markoff）是多波長觀測的另一名協(xié)調(diào)員，他說:“天文學(xué)家們對基本問題幾乎沒有異議，即黑洞周圍有物質(zhì)旋轉(zhuǎn)，其中一些物質(zhì)永遠(yuǎn)落在事件視界之中?！瘪R爾科夫說，“有了為人馬座 A*收集的所有數(shù)據(jù)，我們可以比這幅基本圖走得更遠(yuǎn)?！?/p>

在對多波長觀測的數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行分析時，參與合作的科學(xué)家們也將數(shù)據(jù)與最先進(jìn)的計算機(jī)模型進(jìn)行了比較，這些模型在建立時綜合考慮了愛因斯坦的廣義相對論、磁場效應(yīng)、以及黑洞周圍的物質(zhì)在不同波長會產(chǎn)生多少輻射等因素。模型與測量數(shù)據(jù)的初步比較表明，黑洞周圍的磁場極強(qiáng)，而且黑洞的視線與其自旋軸之間的角度很低——小于30度。

但日本國家天文臺的羽田和弘（Kazuhiro Hada）表示:“已有的模型與數(shù)據(jù)沒有完美匹配，不過現(xiàn)在我們有了更具體的信息來工作。”羽田和弘說，“我們擁有的數(shù)據(jù)越多，模型就越精準(zhǔn)，最終對黑洞吸積過程的理解也會更準(zhǔn)確。”

《天體物理學(xué)雜志通訊》特刊上的相關(guān)論文也指出，此次多波長觀測收集的數(shù)據(jù)將為黑洞理論模型提供重要的約束條件，將和事件視界望遠(yuǎn)鏡收集的數(shù)據(jù)一起，為改進(jìn)人馬座A*黑洞的研究模型提供豐富的機(jī)會。

論文原文：https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ac6675