中国科学院上海天文台的科研团队与国际合作伙伴携手，利用2018年的观测数据，首次绘制出M87星系中心超大质量黑洞在事件视界尺度上的空间分辨谱指数图像。这一突破性成果，相当于为远在5500万光年外的黑洞进行了一次高精度的“光谱体检”，相关研究论文已发表于国际天文学期刊《天体物理学快报》。
2019年，事件视界望远镜（EHT）合作组公布了人类首张黑洞照片——M87星系中心的黑洞，这一里程碑式的发现让黑洞从理论走向现实。随后，银河系中心黑洞的图像也被成功捕捉。然而，这些图像仅基于单一频率，如同“黑白照片”，主要展示黑洞周围辐射的空间结构。要深入理解黑洞附近的极端物理环境，必须结合多频率图像进行分析。
为实现这一目标，上海天文台助理研究员赵杉杉、研究员路如森等人与国际团队利用EHT和全球毫米波VLBI阵列的观测数据，在1.3毫米和3.5毫米两个波段同时对M87黑洞展开成像研究。通过融合两个波段的图像，团队首次计算出黑洞事件视界尺度上辐射强度随频率变化的规律，即“谱指数”的空间分布。赵杉杉解释，谱指数如同天体的“光谱指纹”，能反映辐射的物理机制，不同辐射过程会留下独特的“指纹”。
研究结果显示，黑洞周围辐射性质存在显著的径向变化。靠近黑洞中心的区域，谱指数为正且随距离略有上升，表明该区域辐射受“自吸收”效应影响较强，类似浓雾中的灯光被雾气部分吸收。随着远离黑洞中心，谱指数逐渐下降并由正转负，辐射逐渐过渡到“光学较薄”状态。尤为关键的是，这一转变发生在距离黑洞中心约30微角秒的位置，与3.5毫米波段观测到的环状结构尺度一致，说明黑洞图像中标志性的“甜甜圈”光环不仅反映辐射形态，更与视界附近等离子体的真实物理状态紧密相关。
路如森表示，首次获得的M87黑洞事件视界尺度谱指数空间分布，定量刻画了黑洞周围辐射性质的径向变化规律，使天文学家能够直接研究视界尺度等离子体状态随空间尺度的变化，并为理解吸积流与喷流形成过程提供新线索。这一成果标志着黑洞研究从“看见黑洞”的静态成像阶段，迈向了“读懂黑洞”的物理诊断阶段。
随着毫米波VLBI技术的持续发展及下一代观测设施的建设，科学家有望获取更多“颜色”的黑洞图像，更精确地诊断黑洞附近等离子体的物理状态，并追踪吸积流和喷流结构随时间的演化，从而更深入地探索这一宇宙中最神秘的天体。
