新京报快讯（记者 张璐）曾成功捕获人类有史以来首张黑洞照片的事件视界望远镜（EHT）合作组织，又为揭示M87超大质量黑洞提供了一个崭新视角：它在偏振光下的图像。记者从中科院上海天文台获悉，这一结果对解释M87星系如何从其核心向外传播能量巨大的喷流至为关键。
偏振光下M87超大质量黑洞的图像。图片版权：EHT合作组织
释疑1：偏振图像有什么特点？
2019年4月10日，科学家们发布了有史以来第一张黑洞图像，揭示了一个明亮的环状结构及其黑暗的中央区域——黑洞的阴影。它是室女座星系团中超大质量星系M87中心的黑洞，距离地球5500万光年，质量为太阳的65亿倍。
此后，EHT合作组织深入研究了2017年收集到的M87星系中心超大质量黑洞的数据。他们发现，M87黑洞周围的相当一部分光是偏振的。
一般生活中的光，比如太阳光、白炽灯光等，振动在各个方向是均匀分布的，称为非偏振光。当光线通过某些滤光片（如偏光太阳眼镜的镜片），或从被磁化的高温区域发出来时，光就会发生偏振。
就像偏光太阳眼镜能减少来自明亮表面的反射和炫光，从而帮助我们看得更清楚一样，天文学家可以通过观察来自黑洞边缘的光的偏振特性来锐化他们的视野。具体而言，偏振观测可以让天文学家绘制存在于黑洞边缘的磁力线。这张新公布的“照片”就是在原来总强度图的基础上进一步处理偏振信号获得的。
释疑2：偏振图像能告诉我们什么？
这次最新公布的偏振图像是理解磁场如何让黑洞“吞噬”物质并发出能量巨大的喷流的关键。
从M87的核心喷射出来的明亮的能量和物质喷流，向外延伸了至少5000光年，是该星系最神秘、最壮观的特征之一。大部分靠近黑洞边缘的物质都会落入其中。然而，周围也有一些粒子会在被捕获前的瞬间逃逸并以喷流的形式向外传播。此次新的黑洞及其阴影的EHT偏振图像，使天文学家首次成功探究黑洞外缘区域，在那里物质可能被吸入或被喷射出来。
观测结果提供了新的有关黑洞外缘磁场结构的信息。研究团队发现，黑洞边缘的磁场非常强，其作用力足以使得高温气体能够抵御引力的拉扯。只有溜过磁场的气体才能以旋进的方式进入到事件视界。（注：黑洞几乎所有质量都集中在最中心的“奇点”处，并在周围形成一个强大的引力场，在一定范围之内，连光线都无法逃脱。光线不能逃脱的边界被称为事件视界。）
研究团队发现，只有以强磁化气体为特征的理论模型才能解释在事件视界看到的情况并产生足够强的相对论性喷流。这些成功的模型可进一步推断M87中黑洞的物质吸积率的大小（黑洞吞噬物质的快慢），即每千年吞噬0.3到2倍太阳质量的物质。这些结论大大加深了科研人员对黑洞周围物理环境的理解。
释疑3：偏振图像是如何得到的？
为了观测M87星系的中心，这项合作将世界各地的八台望远镜连接起来，创建了一个虚拟的类似地球大小的望远镜——EHT。
相比于2019年公布的首张黑洞照片，此次新照片看起来清晰度更高一些。这并非EHT升级了望远镜阵列，像手机升级摄像头一样提高了像素。事实上，新照片与首张黑洞照片来自于同一批成像观测，但是这张“照片”是通过进一步处理偏振信号获得的，被称之为“黑洞在偏振光下的影像”。由于获取和分析这些数据涉及十分复杂的技术，科学家们为绘制这一偏振图像用了更多的时间。
由于偏振辐射是个包含大小和方向的矢量，通常在小尺度致密区域探测到的偏振辐射比较明显，接近真实的情况，但若是没有足够的分辨本领探测这些区域内偏振辐射的话，观测到的偏振辐射就会由于叠加效应而被削弱。EHT的分辨本领相当于在地球上看清月面一张信用卡所需的分辨率，其高分辨本领让科学家们能够分解开这些致密区域，研究团队能够直接观察到黑洞的阴影以及环绕的光环。
新的偏振图像清楚地显示出该光环是磁化的。EHT合作成员、上海天文台路如森研究员说，黑洞的偏振成像结果十分令人兴奋，因为这对理解黑洞周围的磁场及物理过程至为关键。
新京报记者 张璐
编辑 刘梦婕 校对 李立军
