科学家发现距地球最近的超大质量黑洞，并绘制出首张黑洞周边区域图像

近日，一篇发表在“天体物理学杂志（The Astrophysical Journal）”上的论文称，天文学家们已借 ALMA 望远镜阵列成功观测到了银河中心的超大质量黑洞人马座 A 星（Sagittarius A）发出的电磁辐射。

此前尝试观测人马座 A 星时，一团尘埃挡住了天文学家们视线，导致科学家们无法获取清晰的人马座 A 星图像，进而无法对该天体进行深入研究。但天文学家们现已借刚纳入全球观测阵列不久的 ALMA 射电望远镜阵列，利用86 GHz 频率的超长基线干涉测量（VLBI）观测技术以及整合全球观测阵列产生的数据，详细地研究了这团挡在人马座 A 星前的尘埃，并以此去除了由尘埃造成的散射效应，绘制了首张黑洞周边区域图像。由于尘埃分布造成的限制，人马座 A 星的辐射区域可能较此前预想的要更为狭小，甚至还可能碰巧正对着地球。

人马座 A 星的观测模拟图——左上： 86GHz 观测频率模拟图，右上：带散射效应的观测模拟图，右下：带散射效应的地表观测模拟图，左下：无散射效应的地表观测模拟图。（来源：S. Issaoun, M. Mościbrodzka, Radboud University/ M. D. Johnson, CfA）

高质量的未散射图像使科学家对其周围尘埃气团构建了更为准确理论模型，辐射放射区域相对地球所成的角度仅有 3 亿分之一度，且放射源具有对称性。论文主要作者，Sara Issaoun 说：“这表明辐射可能是在一个气盘中产生的，而不是通过射电流产生，若真是如此，人马座 A 星将是众多黑洞种类中的一个特例，但还有一种可能是人马座 A 星的射电流正好正对着地球。”

Sara Issaoun 的导师，拉德堡德大学（Radboud University）的射电天文学教授 Heino Falcke 也认为，射电源正对着地球的情况十分罕见，但目前确实不能排除这一可能。Falcke 表示，他曾认为射电源正对地球的模型纯属理论，但最近 GRAVITY 团队用 ESO 观测阵列对人马座 A 星进行观测也得出了类似的结论。他说：“可能人马座 A 星的射电源确实就正冲着地球，但若真是如此，我们就得换个角度研究它了。”

超大质量黑洞在星系中心地带极为常见，并且可能是已知宇宙中最具能量的现象。现有理论认为，被这些黑洞捕捉到的物质会落入一个旋转的盘状区域，沿着两束射流以相反的方向被撕开，在旋转过程中逐渐加速至接近光速的速度，并向外放出大量辐射。然而，“被观测到的人马座 A 星辐射究竟是来自气体还是射电流”仍是一个具有争议的问题。

人马座 A 星是距地球最近的超大质量黑洞，约为太阳的 400 万倍。它在地球上所呈的观测角角度小于一亿分之一度，与从地球上看到的月球上的网球大小相对应，这对观测用射电望远镜的频率提出了要求。

图丨全球毫米级 VLBI 观测阵列（GMVA）（来源：S. Issaoun, Radboud University/ D. Pesce, CfA）

天文学家们用超长基线干涉测量观测技术（VLBI），通过调整射电望远镜的频率来实现更高的分辨率。此次做出主要贡献的 ALMA 观测阵列于 2017 年 4 月加入全球毫米波 VLBI 观测阵列（GMVA），因人马座 A 星位于南部星域，因此与参与观测的其他 12 台观测设施相比执行了较多的观测任务。天文学家们计划将在不同波长上用射电望远镜阵列对人马座 A 星进行进一步观测，以获取更多有关该黑洞的信息来判断其辐射信号的产生方式并对其进行进一步研究。