事件地平線望遠鏡透過利用345 GHz 頻率，實現了前所未有的高解析度地球觀測，提供了更詳細和色彩增強的黑洞影像。天體物理學領域的這一進步利用了超長基線干涉測量法，將全球多個無線電天線連接起來，增強了我們對黑洞周圍現象的了解，為未來對這些宇宙實體進行高保真可視化和可能的實時成像奠定了基礎。

這幅藝術家的作品描繪的是位於巨大的橢圓星系Messier 87（M87）中心的黑洞。事件地平線望遠鏡的新高頻觀測大大提高了黑洞影像的清晰度，透過提高解析度和色彩分辨能力揭示了更多細節。資料來源：ESO/M.Kornmesser

事件地平線望遠鏡（EHT）合作組織透過探測來自遙遠星系中心、頻率約為345 千兆赫的光線，進行了測試觀測，達到了迄今為止從地球表面獲得的最高解析度。

這些新成果與現有的M87和Sgr A中心超大質量黑洞影像（頻率較低，為230 千兆赫）結合，不僅能使黑洞照片清晰度提高50%，還能產生這些宇宙巨獸邊界外區域的多色視圖。

M87* 的並排模擬影像顯示了從230 GHz 到345 GHz 的清晰度和解析度的提高。這些改進使得科學家能夠更精確地測量黑洞的大小和形狀。資料來源：EHT， D. Pesce， A. Chael

由哈佛大學和史密森天文物理中心（CfA）（包括史密森天文物理天文台（SAO））科學家領導的新探測結果今天發表在《天文學報》上。

論文共同負責人亞歷山大-雷蒙德（Alexander Raymond）說：”透過EHT，我們透過探測230千兆赫的無線電波首次看到了黑洞的圖像，但我們看到的光在黑洞引力作用下彎曲形成的亮環看起來仍然很模糊，因為我們已經達到了圖像清晰度的絕對極限，在345千兆赫的頻率下，我們的圖像將更加清晰和細緻，這反過來可能會揭示出新的特性，既包括以前預測到的特性，也可能包括一些沒有預測到的特性。

這張合成模擬影像顯示了事件地平線望遠鏡在86 GHz（紅色）、230 GHz（綠色）和345 GHz（藍色）頻率下看到的M87*。頻率越高，影像越清晰，揭示了以前不太容易辨別的結構、大小和形狀。資料來源：EHT， D. Pesce， A. Chael

虛擬地球望遠鏡：釋放EHT 的能量

EHT 利用一種稱為甚長基線干涉測量（VLBI）的技術，將全球多個射電天線連接在一起，形成了一個虛擬的地球大小的望遠鏡。為了獲得更高解析度的影像，天文學家有兩個選擇：增加電波天線罩之間的距離或以更高的頻率進行觀測。由於EHT 已經有我們地球那麼大，要提高地面觀測的分辨率，就必須擴大其頻率範圍，而這正是EHT 合作組織現在所做的。

“要理解為什麼說這是一項突破，不妨考慮一下從黑白照片到彩色照片時所獲得的大量額外細節，”論文共同負責人、CfA和SAO的天體物理學家Sheperd”Shep”Doeleman說，他還是EHT的創始主任。 “這種新的’彩色視覺’讓我們能夠將愛因斯坦引力的影響與哺育黑洞的熱氣體和磁場區分開來，這些熱氣體和磁場發射出強大的噴流，飛越銀河系的距離”。

三棱鏡能將白光分成彩虹般的各種顏色，因為不同波長的光在玻璃中的傳播速度不同。但引力對所有光線的彎曲作用是相似的，因此愛因斯坦預測，在230千兆赫和345千兆赫頻率下，EHT看到的光環大小應該是相似的，而黑洞周圍旋轉的熱氣體在這兩個頻率下看起來是不同的。

左側，這張合成模擬影像顯示了事件地平線望遠鏡在86 GHz（紅色）、230 GHz（綠色）和345 GHz（藍色）頻率下看到的M87*。右圖中，深藍色顯示的是345 GHz，這是一個更緊湊、更清晰的超大質量黑洞視圖，綠色顯示的是230 GHz，紅色顯示的是86 GHz。頻率越高，影像越清晰，揭示了以前不太容易辨別的結構、大小和形狀。資料來源：EHT， D. Pesce， A. Chael

克服高頻VLBI 的技術挑戰

這是VLBI 技術首次成功應用於345 GHz 頻率。雖然以前就能用單一望遠鏡觀測345 GHz 的夜空，但在這頻率上使用VLBI 技術長期以來一直面臨挑戰，需要時間和技術進步來克服。大氣中的水蒸氣對345 千兆赫頻率波的吸收比對230 千兆赫頻率波的吸收強得多，從而削弱了高頻率下黑洞發出的訊號。關鍵是要提高EHT 的靈敏度，研究人員透過增加儀器頻寬和在所有站點等待好天氣來實現這一目標。

事件地平線望遠鏡（EHT）合作組織首次從地球表面以345 GHz 的頻率進行了甚長基線干涉測量（VLBI）探測。新實驗使用了由智利的ALMA 和阿塔卡馬探路者實驗（APEX）、西班牙的IRAM 30 米望遠鏡、法國的NOrthern Extended Millimeter Array (NOEMA)、夏威夷毛納基亞山上的亞毫米波陣列（ SMA）以及格陵蘭望遠鏡組成的EHT 的兩個小型子陣列，進行了高達19 微秒的解析度測量。圖片來源：CfA/SAO， Mel Weiss

全球合作與尖端技術

新實驗使用了由智利阿塔卡馬大型毫米/亞毫米波陣列（ALMA）和阿塔卡馬探路者實驗（APEX）、西班牙IRAM 30 公尺望遠鏡、法國NOrthern Extended Millimeter Array（NOEMA）、夏威夷Maunakea上的亞毫米波陣列（SMA）和格陵蘭望遠鏡組成的EHT 的兩個小型子陣列，進行了高達19 微秒的解析度測量。

CfA和SAO的天文物理學家、SMA的專案工程師尼米甚-帕特爾（Nimesh Patel）說：「地球上最強大的觀測地點都在高海拔地區，那裡的大氣透明度和穩定性最佳，但天氣可能會更加劇烈。 “現在，有了能處理和捕捉更廣泛無線電頻譜的高頻寬系統，我們開始克服靈敏度方面的基本問題，例如天氣。正如新的探測結果所證明的那樣，現在是將頻率提升到345 GHz 的最佳時機。

黑洞成像的未來：ngEHT項目

這項成果也為製作黑洞周圍事件視界環境的高保真電影提供了另一塊基石，而這將依賴於現有全球陣列的升級。計畫中的下一代EHT（ngEHT）專案將在優化的地理位置上為EHT 增加新的天線，並透過升級現有台站使其能夠同時工作在100 GHz 至345 GHz 的多個頻率上。透過這些升級和其他升級，全球陣列預計將把EHT 所擁有的銳利、清晰的成像資料量提高10 倍，讓科學家們不僅能製作出更詳細、更靈敏的影像，還能拍攝出這些兇猛宇宙巨獸的電影。

CfA和SAO主任Lisa Kewley說：”EHT在345 GHz的成功觀測是一個重要的科學里程碑。透過挑戰分辨率的極限，我們實現了早期承諾的黑洞成像前所未有的清晰度，並為地基天體物理研究的能力設定了新的更高標準”。

編譯自/ ScitechDaily