韦伯望远镜拍到的“问号”是什么？准备拍摄下一张黑洞照片

1、JWST 拍到的“问号”是什么

去年，JWST 偶然在宇宙中拍到了个诡异的“问号”。很快这张照片就在网上疯传，“世界果然是虚拟出来的，你看，渲染出 BUG 了吧”。于是乎，天文学家将 JWST 重新对准该区域进行了专门的拍摄。2024 年 9 月，JWST 团队将最新的观测结果公布于众，并向人们揭示了这个诡异“问号”的真实面目。

时间回到去年 7 月，当时 JWST 通过近红外相机拍摄了一张星云（HH 46/47）的照片。该星云位于船帆座，距离地球 1470 光年。

这原本是一张普普通通的星云照片，然而就在照片下方不起眼的位置，人们发现这里竟然藏着一个小小的“问号”！要说天文学家们也算阅片无数，什么奇怪形状的天体没见过，但是如此标准的“问号”还真是头一回见。

虽然不知道它是什么，但是根据经验判断它应该和星系有关。首先，从它红色的外表（高红移）可以看出，这肯定不是银河系里的天体。果不其然，通过红移值计算，该天体距离我们超过了 70 亿光年。能看清 70 亿光年外的一个“问号”，想必这个“问号”的大小至少也是星系规模。于是天文学家推测，它或许是两个正在合并中的星系。

为此，天文学家翻出了之前哈勃望远镜拍摄的该星云照片。

可能主要拍摄用的可见光波段的原因，在哈勃的照片中该位置完全看不到任何可疑天体。于是人们拿出了哈勃关于该区域更高清的照片。

这次人们在相应位置确实看到了一些类似星系的天体，只是这些天体组成的外形和“问号”不说毫不相关吧，至少也是大相径庭。

为了一探究竟，天文学家将 JWST 重新对准了该区域，希望拍一张高清照看看这个“问号”到底是怎么一回事。

2024 年 9 月，JWST 团队公布了最新的观测结果，通过 JWST 拍摄的高清照片，这次人们终于看清了该“问号”的真实样貌。

首先，组成“问号”的确实是正在合并中的星系，但是我们看到的“问号”形状并非合并原因，而是由前景星系团（MACS-J0417.5-1154）产生的引力透镜效应导致的。不过和平时见到的引力透镜不同，这是一种罕见的特殊透镜类型，被称为“双曲脐带透镜（hyperbolic umbilic (HU) lensing）”。

如果仔细观察你会发现，除了构成“问号”下面那个“点”的星系外，整个“问号”几乎都是由合并中的那两个星系的多个像组成的。

比如从图像中的 A 处可以看出，这两个星系确实挨得很近，一个正对我们，一个侧对我们。但是我们看到的并非它们的真实所在，而是由引力透镜产生的像。除了 A 处，B、C、D（被遮挡）甚至是远处的 E，它们都是那两个星系的像。也就是说，这俩星系在前景星系团的引力作用下，一共产生了五个不同扭曲形态的像。

虽然前景星系团的引力透镜迷惑了我们，但是透镜同样也会放大这些遥远星系的细节，这使得我们可以更加清楚的看到它的内部情况。通过研究这些星系内部恒星的形成，我们可以推断这些古老星系是如何演化的，这为我们了解自己的家园银河系提供了很多有用信息。

2、EHT 准备拍摄下一张黑洞照片

2022 年，事件视界望远镜（EHT）合作组织公布了银河系中心黑洞的首张照片。

这也是自 2019 年人类首张黑洞照片 ——M87 中心黑洞照片公布以来的第二张黑洞照片。现在，研究团队已经为拍摄下一张黑洞照片做好了准备。

事件视界望远镜是一组虚拟的射电望远镜阵列，它由坐落在世界各地的多台望远镜组成。最北端是位于北极圈内的格林兰望远镜，最南端是位于南极洲的南极望远镜，这意味着这台虚拟望远镜的口径几乎是整个地球直径，这也使得它拥有极高的角分辨率。

除了口径足够大，EHT 的高分辨率还得益于它的工作波长。我们知道，波长越短获得的分辨率就越高。由于射电望远镜使用的是波长较长的无线电，因此它“拍”出的照片对我们来说完全是模糊一片，做不到像光学望远镜那样高清。EHT 使用的已经是很短的毫米波了，比如之前拍摄使用的波长在 1.3mm，这使得它首次拍到了模糊的黑洞“剪影”。

为了获得更清晰的图像，前不久（2024 年 9 月）一篇发表在《天文学杂志》上的文章中，EHT 研究团队首次实现了 0.87mm 波长的甚长基线干涉测量（VLBI）技术，获得了迄今为止地表最高的衍射极限角分辨率。

让射电望远镜在 0.87mm 处进行观测绝非易事，最大的困难之一就是这种短波很容易被大气中的水蒸气吸收，这已经不是技术手段能够解决的事了。所以 EHT 的所有观测点对天气的要求很高，至少需要非常干燥的条件。

经过各个观测站的努力，目前它们大部分都已完成了 0.87mm 波段的准备，并且已经用此波段探测了大量的类星体，分辨率达到了 19 微角秒。

19 微角秒有多小呢？整个天空是 360 度，每一度可以划分 60 角分，每一角分又可以划分 60 角秒，每一角秒又可以划分 1000 毫角秒，每一毫角秒又可以划分 1000 微角秒。所以，19 微角秒差不多就是 1 度的 2 亿分之一，大概相当于从地球上分辨出月球表面的一枚硬币！这是有史以来从地球表面获得的最高分辨率天文图像。

当然，除了在波长方面的改进外，目前研究团队还计划增加观测站点的数量，以进一步提高 EHT 的灵敏度。

当有了更高的分辨率和灵敏度，接下来能做的事就多了。比如我们可以更精确地测量出黑洞的实际大小和形状，从而更准确的计算其自转情况。同时，更清晰的偏振图像将有助于我们更加了解黑洞周围的吸积盘以及磁场情况。还有，之前我们的拍摄目标只针对了视野比较好的 M87 和银河系中心黑洞，之后可能有更多的星系中心黑洞被纳入观测目标。另外，借助高分辨率，我们或许还能观察到黑洞喷流底部的情况，这没准能够解开困扰已久的喷流形成机制问题。

总之，下一代 EHT（ngEHT）有望将黑洞图像的清晰度提高 10 倍，甚至为黑洞生成一段短视频也未尝不可。

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