M87黑洞阴影、吸积流和喷流一并呈现的全景画面（中国科学院上海天文台供图）

人类初次捕捉黑洞影像已有七年时光，中国科学家对于“解读”黑洞的研究再度取得关键性进展。据中国科学院上海天文台消息，该机构研究人员与国际合作者借助2018年获取的数据，首次成功绘制出M87星系中心超大质量黑洞在事件视界层面的空间分辨谱指数图。这实现在5500万光年远的黑洞身上完成了一次精密的“空间光谱检视”。7月20日，这项相关性成就发表在国际天文期刊《天体物理学快报》上。

七年，从单一色调影像至双色相片

2019年，事件视界望远镜（EHT）合作团队公布了人类历史上首个黑洞照片——M87星系中心黑洞的影像，让地球人得以初次“目睹”黑洞。此后，科学界又成功获得了银河系中心黑洞的图景。

但这些单一频段的影像宛如缺乏色彩的“单色画”，主要展现了黑洞近旁辐射的空间构造——为要深切理解黑洞临边极端环境中的物理情形，还须将多样化频段的影像综合起来审视。

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员与协作伙伴联手，运用2018年EHT和全球毫米波VLBI阵列的探测数据，在1.3毫米与3.5毫米两个频段同步对M87黑洞进行成像分析。

通过联合两种“色彩”的影像，研究团体初次算出黑洞事件视界尺度上辐射强度随频率转换的规则——即“谱指数”的空间布局。论文第一作者赵杉杉说明，谱指数犹如天体的“光谱印记”，能够显现辐射的物理原理，“不一样的辐射流程会遗留下不一样的‘印记’”。

“圆饼状”构造与实际物质情形关联密切

科研成果揭示了黑洞周边辐射性质的明显径向转变。在邻近黑洞中心的范围，谱指数呈现正数且与距离略为增长，显示该区域的辐射仍遭受较重的“自吸收”影响——类似浓雾中的光线会被雾气本身吸收部分光线。而当逐步远离黑洞核心，谱指数逐渐降低并从正转为负，昭示辐射慢慢过渡至“光学较薄”情形。

M87黑洞事件视界尺度谱指数分布（左侧）及依照黑洞距离变动（右侧）

尤为值得重视的是，这种转变发生在距黑洞中心大约30微角秒的位置，与3.5毫米波段探测到的环状构造大小相吻合。这意指黑洞图片中那个典型的“圆饼状”光环，不仅反映了辐射的样貌，更与视界附近等离子体的实在物理情形紧密相连。

“我们初次获得的M87黑洞事件视界尺度谱指数空间分布，准确揭示了黑洞周围辐射性质的径向转变规则。”论文通讯作者路如森阐发，这使天文学家能够直接探究视界尺度等离子体情形随空间范围的更动，并为辨识吸积流和喷流生成过程提供宝贵指引。

从“观测黑洞”发展到“认知黑洞”

这一成就标记着黑洞探究从“观测黑洞”的静态成像时期，进入到“认知黑洞”的物理诊断时期。“往后，多频视界尺度成像将化作诊断黑洞邻近等离子体情形的核心通道。”路如森笃信，伴随观测能力的不断提升，多频探测或可帮助分清辐射流程与引力效应在黑洞图中各自的作用，从而为探赜黑洞吸积与喷流机理及强引力物理的研究开辟新的观测门径。

伴随毫米波VLBI技术的逐步发展及下一代观测设施的不断建设，研究员们有望获取更多色彩缤纷的黑洞影像，更为精确地诊断黑洞附近等离子体的物理情形，并监控吸积流与喷流构造随岁月的演进，进而更深入地“认知”黑洞这一宇内最为玄奥的天体。