M87黑洞完成首次“空间光谱体检”

M87黑洞阴影、吸积流和喷流一并成像的图景（中国科学院上海天文台供图）

七年前人类初见黑洞，中国科学家又向“洞悉”黑洞要义前进了关键一步。中国科学院上海天文台相关人员透露，该台研究人员与跨国合作者借助2018年的观测记录，首次获取了M87星系核心超大质量黑洞在事件视界尺度上的空间分辨谱指数图谱。此举仿佛让5500万光年之外的黑洞接受了一次精密“空间光谱检视”。7月20日，相关研究发现发表在《天体物理学快报》。

七年，从单色成像到双频定格

2019年，事件视界望远镜（EHT）合作方公布了首张黑洞影像——M87星系中心黑洞的快照，使人类得以初次“目击”黑洞。此后，科学界又捕获了银河系核心黑洞的影像资料。

但这些单一波段的图像如同素雅的“单色画”，主要显现的是黑洞周边辐射的空间布局——要真正掌握黑洞邻近极端环境中的物理现象，还需将不同频段的图像综合起来审视。

为此，上海天文台助理研究员赵杉杉、研究员路如森等研究人与合作者联手，运用2018年EHT与全球毫米波VLBI阵列的数据，在1.3毫米和3.5毫米两个频段对M87黑洞实施联合成像分析。

通过整合两个“色系”的图像，研究团队得以首次测算出黑洞事件视界尺度上辐射强度随频率波动的规律——即“谱指数”的空间排布。论文首位作者赵杉杉阐释，谱指数犹如天体的“光谱印记”，能剖析辐射的内在机制，“不同物理过程会遗存殊异的‘印记’”。

“环状”影像与真实状况联系紧密

观测成果展示了黑洞附近辐射特性的显著径向差异。在逼近黑洞主轴的位置，谱指数显正且因距离微增，表示该区域的辐射仍受较重“内吸收”效应左右——好比雾中灯火会被雾气本身遮蔽部分光芒。而离黑洞中心稍远，谱指数逐步走低并转为负值，示意辐射逐渐转化为“光学较薄”形态。

M87黑洞事件视界尺度谱指数图（左侧）及随距离的变化曲线（右侧）

尤其值得注目的是，这种转变发生在离黑洞主轴约30微角秒处，同3.5毫米波段观测到环状构造的尺度相吻合。这指明黑洞影像里那个别致的“环状”光环，不仅反映了辐射的外形，更与视界邻近等离子体的实际状态存在内在关联。

“我们首次获取的M87黑洞事件视界尺度谱指数空间分布，具体呈现了黑洞周边辐射性质的径向变迁规则。”论文联络作者路如森指明，这使天文学家得以直接探究视界尺度等离子体状态随空间坐标的变动，并为洞悉吸积流与喷流的形成机制提供新路径。

从“识别黑洞”过渡到“解析黑洞”

这一发现标志着黑洞研究从“识别黑洞”的静态成像时期，跻身“解析黑洞”的物理诊断阶段。“往后，多频视界尺度成像将构成诊断黑洞区域等离子体物理特征的关键渠道。”路如森预见，伴随观测技术的精进，多频观测有望区分辐射过程和引力的相互作用，进而为研究黑洞吸积与喷流的运作机制、探索强引力范畴供应新视角。