「天文在线」凝视深渊：黑洞的第一张照片天文|宇宙最大黑洞|黑洞|事件

本文参加百家号 #科学了不起# 天文航天系列征文赛。

点击进入的你们，请做好充足的心理准备：科学家们在今年发布了有史以来第一张黑洞照片。

图解：位于M87中心的超大质量黑洞，推估质量达太阳的数十亿倍。这是人类史上第一张直接对黑洞观测的天文影像，由事件视界望远镜所拍摄，发表于2019年4月10日。

该照片展示了位于M87星系（一个处在5500万光年远的室女座星系团中的庞大星系）中心的黑洞的阴影，这个黑洞的质量是太阳的65亿倍。为了寻找它，科学家们在全球范围内展开了望远镜合作，组成了事件视界望远镜（Event Horizon Telescope ，缩写EHT）。今年，科学家们在新闻发布会上发布了黑洞的照片。

图解:大麦哲伦云面前的黑洞（中心）的模拟视图。请注意引力透镜效应，从而产生两个放大，以星云最高处扭曲的视野。银河系星盘出现在顶部，扭曲成一个弧形。

哈佛天文学家和EHT总监谢?杜勒曼（Shep Doeleman）对吉兹莫多（Gizmodo）说：“这真是一个了不起的成果。 ” “现在，我们只需要坐下来好好欣赏它。对于这项成果而言，最好的并不是接踵而来的问题和答案，而是在现实中开辟了一个新的研究领域。 ”

长期以来，黑洞一直是一种理论练习。但是，过去60年的天文观测越来越表明：宇宙中的某些引力场是如此强烈，以至于它扭曲了时空，使得光无法逃逸到没有返回的点（称为事件视界，即黑洞的理论边界）上。迄今为止，得益于全球合作，这是与事件视界本身最接近的照片，也是黑洞存在的直接证据。

图解：远离黑洞的粒子可以随意的向各方向移动，仅仅有光速为其速度上限这一限制。图源：wikipedia

图解：时空在靠近黑洞的地方开始变形。在一些坐标系中，向黑洞移动的路径多过于远离黑洞的路径。图源：wikipedia

图解：在事件视界中所有的路径都是朝向黑洞中心，没有粒子可以脱离。图源：wikipedia

实际上，这张照片并不是黑洞的“照片” ，照片上的阴影也并不能表示黑洞的事件视界。与此相反，你会看到重力对黑洞事件视界周围稍大区域中黑洞周围物质发射的无线电波的影响，即重力扭曲了时空本身的形状，使该区域的某些光线发生偏转，并产生了怪异的圆形阴影。

但不可否认的是，这是一项开创性的观察成果，也是物理学家用来指导宇宙的引力理论（即爱因斯坦的广义相对论）的另一个重要证明。

EHT的科学家们借助甚长基线干涉仪（VLBI）的原理捕获了这张照片。实际上，望远镜的分辨率取决于两个主要属性：集光区域的直径和光的波长。一方面，你无法改变光的波长，另一方面，卫星天线的建造大小有最大的合理限制。取而代之的是，科学家们结合了许多不同望远镜的数据（称为基线），包括从南极到智利、西班牙，再到美国的八台望远镜，来制作这张照片。

图解：事件视界望远镜（EHT）的参与成员及各地分布图（蓝绿线）。图源：tam.museum

今年，事件视界望远镜（EHT）开始了对银河系中心的黑洞和M87星系的黑洞进行成像的工作。这张黑洞照片来自M87星系，阿姆斯特丹大学的天体物理学家塞拉·马科夫（Sera Markoff）解释道：“M87星系是一个非常有趣的研究对象，因为它是一个活跃银核的中心，能够产生喷射流，而且它的大小相当于整个太阳系。 ”

图解：M87（室女座A星系， Messier 87 ，缩写M87）是由查尔斯·梅西耶（Charles Messier）于1781年发现的，位于距离地球5400万光年远的室女座。该照片显示了M87星系中心附近的喷射流和无数个星形球状星团。图源：nasa

普里美特研究所的副教授、滑铁卢大学的物理学家艾弗里·布罗德里克（Avery Broderick）在新闻发布会上解释说：“我们现在知道，产生这些喷射流的是黑洞而不是其他紧凑的物质。 ”

布罗德里克（Broderick）说：“科幻小说成为了科学事实。 ”

但是，请务必注意，干涉仪仍然需要人们做一些工作才能制作成照片。 EHT的科学家们解释说：“我们只捕获一些数据，这有点像只播放一些音符的歌曲。 ”科学家们借助一些特殊的数据处理程序，就可以在获取到的数据的基础之上，找出正在查看的内容。

黑洞理论是试图解决艾尔伯特?爱因斯坦（Albert Einstein）关于球形非旋转系统的广义相对论方程的结果。然而，是物理学家戴维?里兹?芬克尔斯坦（David Ritz Finkelstein）在1958年确定了太空中的黑洞是什么样的，即光不再返回的点。我们已经有了许多黑洞存在的间接证据，比如：引力波在一对黑洞之间发生了完全不可思议的碰撞之后，它完全由质量转化为能量，其中每一个黑洞的质量都是太阳的几十倍。在最高能量的物理实验“大型强子对撞机”中，我们可以看到从银河系中心喷出的粒子流比在碰撞中产生的能量要高得多。从技术上讲， EHT数据也是间接证据，但与我们迄今为止所获得的直接证据相差无几。

耶鲁大学的物理学家普里姆瓦达?纳塔拉珍（Priyamvada Natarajan）告诉吉兹莫多（Gizmodo）：“这是一个了不起的成就。黑洞中的事件视界代表了我们知识的极限。 ”

哈佛史密森尼大学天体物理学中心的物理学家格兰特?特兰布莱（Grant Tremblay）在推特（Twitter）直接消息中对吉兹莫多（Gizmodo）说：“ 哦，我的天哪！实际上，他们已经看到了阴影，难以高估那是多么的了不起。 ”

你可能很想知道人马座A *（位于银河系中心的黑洞）的照片在哪里。杜勒曼（Doeleman）解释说：“这是更加难以获取的照片。 ”

图解：Sgr A*（人马座A* ， Sagittarius A* ，缩写Sgr A*）最早在1974年2月被发现，是位于银河系银心一个非常光亮及致密的射电波源，大约每11分钟旋转一圈，属于人马座A的一部分，距离地球仅2.6万光年，很有可能是离我们最近的超大质量黑洞的所在，因此也被认为是研究黑洞物理的最佳目标。该图像显示了银河系的中心，超大质量黑洞Sgr A*位于中间。图源：chandra.harvard

目前，依然有大量的科学工作亟待完成，而且已经有若干篇论文来自EHT数据。该照片即时地证明了爱因斯坦的广义相对论中的部分思想。但是，还有更多问题等待着我们去探索，随着故事的发展，我们将为您提供最新的信息。

特伦布莱（Tremblay）说：“这张照片标志着新纪元的开始。 ”

「天文在线」凝视深渊：黑洞的第一张照片。参考资料

1.Wikipedia百科全书

2.天文学名词

3. Ryan F.Mandelbaum- gizmodo-来休

「天文在线」凝视深渊：黑洞的第一张照片。如有相关内容侵权，请于三十日以内联系作者删除

转载还请取得授权，并注意保持完整性和注明出处