天馬望遠鏡協助分解銀河系中心超大質量黑洞的內部結構

天文學家通常運用甚長基線干涉測量（Very Long Baseline Interferometry，簡稱 VLBI）技術來解析遙遠天體的精細結構。甚長基線干涉測量是將位於不同地點的多個射電望遠鏡聯合起來，等效於一台口徑與望遠鏡之間最遠距離的虛擬望遠鏡。距離越遠，等效望遠鏡的口徑就越大，它觀測精細結構的能力（即分辨本領）也越強。這種虛擬望遠鏡可以通過國際甚長基線干涉測量網實現，如美國的超長基線陣列（Very Long Baseline Array，簡稱 VLBA）射電望遠鏡，歐洲甚長基線干涉測量網（The European VLBI Network，簡稱 EVN）和東亞甚長基線干涉測量網（East-Asian VLBI Network，簡稱 EAVN）等。

東亞甚長基線干涉測量網目前由21台射電望遠鏡組成，包括了中國6台、韓國4台和日本11台望遠鏡，上海天文台的天馬望遠鏡是該觀測網的重要台站，長期為全球的天文學家提供高質量的觀測數據。

由西班牙安達盧西亞天體物理研究所（Instituto de Astrofísica de Andalucía）博士後研究員趙日濟（Ilje Cho 韓國人名音譯）和研究人員趙光耀牽頭的科研團隊通過分析東亞甚長基線干涉測量網在1.3厘米和7毫米波長的觀測數據，發現銀河系中心的超大質量黑洞人馬座A*（Sgr A*）的內部結構近乎是圓形。 測得的輻射區大小表明圍繞馬座A*的吸積流中有非熱電子，輻射區的形狀則顯示吸積流的旋轉軸（或可能存在的射電噴流方向）是直接指向地球的。

作為離地球最近的超大質量黑洞，馬座A*是研究超大質量黑洞的最佳天體，關於馬座A*的觀測研究也分享了2020年諾貝爾物理學獎。 然而，對於研究馬座A*的精細結構來說，除了獲得高精度的觀測數據以外，還存在一項重要挑戰，那就是銀河系中氣體雲對光線在傳播過程中的散射效應。為克服這個問題，趙日濟團隊將最新的基於歷史觀測的散射模型應用於此次對東亞甚長基線干涉測量網的觀測結果的分析中。

研究人員通過分析東亞甚長基線干涉測量網在1.3厘米和7毫米波長下的觀測數據發現，馬座A*的內部結構幾乎是圓形的。趙日濟解釋：「在修正星際散射介質的影響之前，馬座A*的結構存在東西方向的拉伸。我們的研究顯示拉伸主要來自散射效應。用三種不同的方法獨立證實了這一點後，東亞甚長基線干涉測量網使我們能夠實現這一切」。

對馬座A*結構以及星際散射的甚長基線干涉測量觀測研究由來已久，最早可以追溯到上世紀70年代。上海天文台研究員沈志強說：「1997年我們就成功開展對馬座A*從6厘米到7毫米的5個頻段的甚長基線干涉測量觀測，首次給出平面散射大小與觀測波長的依賴關係。」

【圖：西班牙安達盧西亞天體物理研究所；文：節錄自科學網頁；新聞資訊由林景明提供】研究全文刊登在2022年2月22日出版的《天體物理學報》；標題是：The Intrinsic Structure of Sagittarius A* at 1.3 cm and 7 mm