事件视界望远镜利用345 GHz频率实现了前所未有的高分辨率地球观测，提供了更详细且色彩增强的黑洞图像。
天体物理学领域的这一进步利用超长基线干涉测量技术将全球多个无线电天线连接起来，增强了我们对黑洞周围现象的理解，并为未来对这些宇宙实体的高保真可视化以及潜在的实时成像奠定了基础。
黑洞成像技术取得突破
事件视界望远镜（EHT）合作团队通过探测来自遥远星系中心、频率约为345千兆赫兹的光线，进行了测试观测，实现了从地球表面获得的最高分辨率。
当这些新结果与M87和银河系中心（Sgr A）的超大质量黑洞在230GHz低频下现有的图像相结合时，这些新结果不仅将使黑洞照片清晰度提高50%，而且将生成这些宇宙巨兽边界外部区域的彩色视图。
射电天文学的进步
今天，《天文学杂志》发表了由哈佛-史密森天体物理学中心（CfA）科学家领导的新发现，该中心包括史密森天体物理观测台（SAO）。
“利用事件视界望远镜（EHT），我们通过探测230千兆赫的无线电波看到了黑洞的第一张图像，但我们看到的明亮光环，是由黑洞引力下光线弯曲形成的，看起来仍然很模糊，因为我们正处于能够制作出清晰图像的绝对极限，”论文的联合第一作者亚历山大·雷蒙德（Alexander Raymond）说，他之前是哈佛-史密森天体物理中心（CfA）的博士后研究员，现在是美国国家航空航天局喷气推进实验室（NASA-JPL）的研究员。“在345千兆赫下，我们的图像将更加清晰和详细，这反过来可能会揭示出新的特性，包括那些之前预测过的以及可能未被预测到的特性。”
虚拟地球大小的望远镜：EHT的威力得到释放
事件视界望远镜（EHT）通过连接全球各地的多个无线电天线盘，使用了一种称为甚长基线干涉测量（VLBI）的技术，从而创建了一个虚拟的地球大小的望远镜。为了获得更高分辨率的图像，天文学家有两种选择：增加无线电天线盘之间的距离，或者在更高的频率下进行观测。由于EHT已经与我们的地球大小相当，因此提高地面观测的分辨率需要扩展其频率范围，这是EHT合作团队现在所做的。
“为了理解这为什么是一个突破，你可以想象从黑白照片到彩色照片时，你获得的额外细节是如何爆发的，”论文的联合首席作者、CfA和SAO的天体物理学家、EHT创始主任谢泼德（Sheperd）“谢普”（Shep）·多勒曼（Doeleman）表示。“这种新的‘彩色视觉’使我们能够将爱因斯坦的引力效应与为黑洞提供养料并发射强大喷流（这些喷流可以覆盖星系间的距离）的热气体和磁场区分开来。”
棱镜将白光分成彩虹般的颜色，因为不同波长的光在玻璃中的传播速度不同。但是，重力对所有光的弯曲作用是相似的，因此爱因斯坦预测，EHT观测到的光环大小在230 GHz和345 GHz时应该相似，而在这两个频率下，围绕黑洞旋转的热气体看起来会有所不同。
克服高频甚长基线干涉测量中的技术挑战
这是VLBI技术首次在345 GHz的频率下成功应用。虽然过去已存在用单望远镜在345 GHz频率下观测夜空的能力，但在此频率下使用VLBI技术长期以来一直面临着挑战，需要时间和技术进步来克服。大气中的水蒸气在345 GHz的频率下比230 GHz频率下更能吸收波，这削弱了更高频率下黑洞的信号。关键在于提高EHT的灵敏度，研究人员通过增加仪器的带宽和等待所有站点的良好天气来实现这一目标。
全球合作与尖端技术
这项新实验使用了EHT的两个小型子阵列——由智利的阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列（ALMA）和阿塔卡马探路者实验（APEX）、西班牙的IRAM 30米望远镜、法国的北方扩展毫米阵列（NOEMA）、夏威夷莫纳克亚山的亚毫米阵列（SMA）和格陵兰望远镜组成——来进行分辨率高达19微角秒的测量。
“地球上功能最强大的观测地点位于高海拔地区，那里的大气透明度和稳定性最佳，但天气可能更加极端，”哈佛-史密森天体物理学中心和史密森天体物理天文台的天体物理学家、SMA的项目工程师尼梅什·帕特尔表示，并补充说，在SMA，新的观测需要勇敢地穿越冒纳凯阿山的结冰道路，以便在暴风雪后剩余几分钟的稳定天气中打开阵列。“现在，借助处理和捕获更宽频段无线电频谱的高带宽系统，我们开始克服灵敏度方面的基础问题，如天气。正如新发现所证明的那样，现在是时候推进到345 GHz了。”
黑洞成像的未来：下一代甚长基线干涉测量阵列（ngEHT）项目
这一成就也为创造黑洞周围事件视界环境的高保真电影铺平了道路，而这部电影将依赖于对现有全球阵列的升级。计划中的下一代EHT（ngEHT）项目将在优化的地理位置向EHT添加新天线，并通过将所有现有站点升级为同时工作于100 GHz至345 GHz之间的多个频率来增强这些站点。由于这些和其他升级，预计全球阵列将使EHT用于成像的清晰数据增加10倍，从而使科学家不仅能够制作出更详细和更敏感的图像，还能制作出以这些暴力宇宙怪兽为主角的电影。
天体物理研究中的一个重要里程碑
“EHT在345 GHz的成功观测是一个重要的科学里程碑，”CfA和SAO的主任丽莎·基维（Lisa Kewley）说。“通过推动分辨率的极限，我们实现了早期承诺的黑洞成像前所未有的清晰度，并为地面天体物理研究能力设定了新的、更高的标准。”
要了解更多关于这一突破的信息，请参见“高频观测揭示前所未有的黑洞”。
参考：“在870微米处的首次超长基线干涉测量”由Alexander W. Raymond、Sheperd S. Doeleman、Keiichi Asada、Lindy Blackburn、Geoffrey C. Bower、Michael Bremer、Dominique Broguiere、Ming-Tang Chen、Geoffrey B. Crew、Sven Dornbusch、Vincent L. Fish、Roberto García、Olivier Gentaz、Ciriaco Goddi、Chih-Chiang Han、Michael H. Hecht、Yau-De Huang、Michael Janssen、Garrett K. Keating、Jun Yi Koay、Thomas P. Krichbaum、Wen-Ping Lo、Satoki Matsushita、Lynn D. Matthews、James M. Moran、Timothy J. Norton、Nimesh Patel、Dominic W. Pesce、Venkatessh Ramakrishnan、Helge Rottmann、Alan L. Roy、Salvador Sánchez、Remo P. J. Tilanus、Michael Titus、Pablo Torne、Jan Wagner、Jonathan Weintroub、Maciek Wielgus、André Young、Kazunori Akiyama、Ezequiel Albentosa-Ruíz、Antxon Alberdi、Walter Alef、Juan Carlos Algaba、Richard Anantua、Rebecca Azulay、Uwe Bach、Anne-Kathrin Baczko、David Ball、Mislav Balokovic、Bidisha Bandyopadhyay、John Barrett、Michi Bauböck、Bradford A. Benson、Dan Bintley、Raymond Blundell、Katherine L. Bouman、Hope Boyce、Roger Brissenden、Silke Britzen、Avery E. Broderick、Thomas Bronzwaer、Sandra Bustamante、John E. Carlstrom、Andrew Chael、Chi-kwan Chan、Dominic O. Chang、Koushik Chatterjee、Shami Chatterjee、Yongjun Chen、Xiaopeng Cheng、Ilje Cho、Pierre Christian、Nicholas S. Conroy、John E. Conway、Thomas M. Crawford、Alejandro Cruz-Osorio、Yuzhu Cui、Rohan Dahale、Jordy Davelaar、Mariafelicia De Laurentis、Roger Deane、Jessica Dempsey、Gregory Desvignes、Jason Dexter、Vedant Dhruv、Indu K. Dihingia、Sergio A. Dzib、Ralph P. Eatough、Razieh Emami、Heino Falcke、Joseph Farah、Edward Fomalont、Anne-Laure Fontana、H. Alyson Ford、Marianna Foschi、Raquel Fraga-Encinas、...、Feryal Özel、Daniel C. M. Palumbo、Georgios Filippos Paraschos、Jongho Park、Harriet Parsons、Ue-Li Pen、Vincent Piétu、Aleksandar PopStefanija、Oliver Porth、Ben Prather、Giacomo Principe、Dimitrios Psaltis、Hung-Yi Pu、Philippe A. Raffin、Ramprasad Rao、Mark G. Rawlings、Angelo Ricarte、Bart Ripperda、Freek Roelofs、Cristina Romero-Cañizales、Eduardo Ros、Arash Roshanineshat、Ignacio Ruiz、Chet Ruszczyk、Kazi L. J. Rygl、David Sánchez-Argüelles、Miguel Sánchez-Portal、Mahito Sasada、Kaushik Satapathy、Tuomas Savolainen、F. Peter Schloerb、Jonathan Schonfeld、Karl-Friedrich Schuster、Lijing Shao、Zhiqiang Shen、Des Small、Bong Won Sohn、Jason SooHoo、León David Sosapanta Salas、Kamal Souccar、Joshua S. Stanway、He Sun、Fumie Tazaki、Alexandra J. Tetarenko、Paul Tiede、Kenji Toma、Teresa Toscano、Efthalia Traianou、Tyler Trent、Sascha Trippe、Matthew Turk、Ilse van Bemmel、Huib Jan van Langevelde、Daniel R. van Rossum、Jesse Vos、Derek Ward-Thompson、John Wardle、Jasmin E. Washington、Robert Wharton、Kaj Wiik、Gunther Witzel、Michael F. Wondrak、George N. Wong、Qingwen Wu、Nitika Yadlapalli、Paul Yamaguchi、Aristomenis Yfantis、Doosoo Yoon、Ziri Younsi、Wei Yu、Feng Yuan、Ye-Fei Yuan、J. Anton Zensus、Shuo Zhang、Guang-Yao Zhao和Shan-Shan Zhao，2024年8月27日，《天文学杂志》。DOI: 10.3847/1538-3881/ad5bdb
