人类历史首张黑洞照片这样诞生

　　大量天文观测数据已证实，有无数的黑洞神秘地藏身于各星系中，但人类却从未直接“看”到过黑洞。

　　2017年4月5日到14日之间，来自全球30多个研究所的科学家们启动了一项雄心勃勃的庞大观测计划。他们将分布于全球不同地区的8个射电望远镜阵列组成一个虚拟望远镜网络，希望利用其捕获黑洞影像。

　　最终，科学家们成功拍摄到了黑洞的第一幅“照片”。北京时间2019年4月10日21时，这张照片在美国华盛顿、中国上海和台北、智利圣地亚哥、比利时布鲁塞尔、丹麦灵比和日本东京六地同时发布。

　　认识黑洞

　　像宇宙万物一样，恒星也会衰老死亡。一些大质量恒星在核聚变反应燃料耗尽时，内核会急剧塌缩，所有物质快速地向着一个点坍缩，最终坍缩成一颗黄豆大小的奇点，并形成一个强大的力场漩涡，扭曲周围时空，成为黑洞。

　　然而，因为黑洞自身不发射和反射电磁波，仪器和肉眼都无法直接观测到它。那怎么知道它的存在呢？天文学家们主要是通过各种间接的证据，主要有3类。恒星、气体的运动透漏了黑洞的踪迹，黑洞有强引力，对周围的恒星、气体会产生影响；根据黑洞吸积物质，也就是吃东西时发出的光来判断黑洞的存在；通过看到黑洞成长的过程。

　　到目前为止，科学家们在银河系发现和确认了20多个恒星级质量黑洞，但可能有上千万个恒星级黑洞候选体。

　　这些神秘的黑洞和宇宙的诞生和演化有何关系？它和我们人类有什么关系？为了更准确清晰地解答这些问题，科学家们想直接“看”到黑洞。

　　正式拍摄

　　中国科学院上海天文台研究员路如森说：“对黑洞阴影的成像将能提供黑洞存在的直接‘视觉’证据。望远镜必须足够灵敏，能分辨的细节足够小，从而能保证看得到和看得清。”

　　但满足上述所有条件，望远镜的口径需要像地球大小。目前地球上已有的单个望远镜最大口径也只有500米。聪明的天文学家们想到一个好办法——搞强强联合。

　　于是，全球超过200名科学家达成了“事件视界望远镜”（EHT）这一重大国际合作计划。中国科学院上海天文台研究员沈志强解释：“就是利用多个位于不同地方的望远镜在同一时间进行联合观测，最后将数据进行相关性分析之后合并。”

　　在组建大型虚拟望远镜的同时，科学家们也在寻找着合适的拍摄目标。甄选了一圈之后，决定将近邻的两个黑洞作为主要目标。

　　沈志强说：“由于黑洞事件视界的大小与其质量成正比，质量越大，其事件视界越大。我们选定的这两个黑洞质量都超级大，可以说是目前最优的成像候选体。”

　　尽管如此，但要清晰拍照，难度还是极其大。

　　沈志强说：“它巨大的视界面在我们看来，大概只有针尖那么小，就像我们站在地球上去观看一枚放在月球表面的橙子。”

　　8个望远镜北至西班牙，南至南极，它们将向选定的目标撒出一张大网，捞回海量数据。

　　留给科学家们的观测窗口期非常短暂，每年只有大约10天时间。观测对天气条件要求也极为苛刻，大气中的水对这一观测波段的影响极大，这意味着降水会干扰观测。按照要求，计划选择的8个望远镜所在之处均是海拔较高、降雨量极少、全部晴天的概率非常高。

　　北京时间2017年4月4日，事件视界望远镜启动拍摄，将视线投向了宇宙。最后的观测结束于美国东部时间4月11日。

　　冲洗照片

　　射电望远镜不能直接“看到”黑洞，但它们将收集大量关于黑洞的数据信息，用数据向科学家们描述出黑洞的样子。

　　在观测结束之后，各个站点收集的数据将被汇集到两个数据中心。在那里，超级计算机通过回放硬盘记录的数据，在补偿无线电波抵达不同望远镜的时间差后将所有数据集成并进行校准分析，从而产生一个关于黑洞高分辨率影像。

　　此后，经过长达两年的“冲洗”，2019年4月10日，人类历史上首张黑洞照片终于问世。

　　意义何在

　　在浙江工业大学天体物理研究所朱涛教授看来，黑洞照片科学上的重要意义主要在于3点。

　　第一，这次的观测可以帮助人们了解引力在强引力场下的行为。

　　第二，目前认为，几乎所有的星系中心都有一个超大质量黑洞，这次的发布不仅将证实这一假说，同时还将首次证实超大质量黑洞的真实存在。

　　第三，这次的观测目标星系之一M87星系是一个巨大的椭圆星系，位于处女座，和银河系中心黑洞不同的是，它的中心有一个长度为5000光年的巨大的喷流。关于这种喷流如何形成，目前还没有定论。因此这次的观测将有助于人们进一步研究吸积盘和喷流形成的原因，并帮助科学家逐步揭示星系形成和演化过程。

　　科学家还认为，黑洞照片只是一个开始，未来EHT还会给人类带来更多前所未有的科学成果。

　　据人民日报客户端、浙江新闻客户端