文/丁傲西

　　北京时间2019年4月10日晚9点，全世界的天文学家破天荒的召开全球新闻发布会，宣布经过长达数年的努力，第一次将黑洞的照片拍摄下来。为了得到这张照片（实际上还有多张照片仍在处理中），天文学家使用了分布在全球的8个毫米/亚毫米波射电望远镜。在发布会上，天文学家把这8个望远镜组合叫做“事件视界望远镜”（Event Horizon Telescope，EHT）。它们分布在美国、墨西哥、智利、法国、格陵兰岛和南极，每年采集海量数据，利用后期处理最后勾勒出黑洞的模样。

　　Credits: baidu baike

　　黑洞是怎么形成的？

　　黑洞虽然叫做黑洞，但是它并不是黑色的，也不是一个洞。实际上在相当长的一段时间，黑洞一直存在于理论计算中，并没有人能真正发现它。一般认为，黑洞是恒星演化到末期的产物。我们知道，所有的恒星都是由氢元素核聚变所形成的，随着聚变反应的不断进行，恒星也在不断向外释放能量，同时在内部形成更重的元素。随着恒星内部核聚变的不断进行，恒星也将从幼年期、青年期、中年期一直向老年期发展。我们的太阳属于中年期阶段（也叫主序星），还可以继续燃烧最少50亿年。而一旦恒星走向死亡，就会根据恒星的质量生成三种不同的星体。

　　Credits: baidu baike

　　像太阳这样的恒星（一般0.3-8个太阳质量）由于质量较小，死亡后会缓慢抛洒自身物质（行星状星云），同时核心将会变成白矮星。而像参宿四（猎户座最有名的红巨星）这样的质量大于太阳8倍以上的恒星，则会在死亡前激烈的抛洒自身物质（极其猛烈的爆炸），形成新星或者是超新星现象。而剩下的核心则会因为引力而坍缩成中子星，自身密度极高。而如果中子星自身还会高速旋转，则会成为宇宙中不断发射信号的“灯塔”，也被称为脉冲星。

　　如果恒星的质量急剧增大，甚至在激烈的爆炸后核心仍能存在10倍于太阳质量的物质，那么这团物质将会因为引力过大而成为黑洞，不仅自身发出的光和热无法逃脱，就连周围的恒星物质也会被不断吸收到黑洞内。由于黑洞本身不发出光和热，单纯使用望远镜并不能看到黑洞本身。

　　黑洞永远不能被“看到”

　　那么我们真的能“看到”黑洞么？答案是否定的，黑洞本身是无法被看到的。以这次公开的M87星云中的黑洞图片为例，黑洞位于距离地球5500万光年的另一个星系室女座星系团中。由于这个黑洞的质量破天荒的达到了65亿个太阳质量，强大的引力会对黑洞周围的物质产生巨大的影响。

　　Credits: Event Horizon Telescope collaboration et al.

　　我们知道，一个物体从高处坠落，重力势能会转变成动能，最终体现在物体速度的提升中。如果黑洞周围存在星际物质，或者有颗伴星非常靠近它，那么黑洞强大的引力就会把这些物质吸过来。这些物质会环绕黑洞运动，形成一个环形的物质区域（学名叫吸积盘）。而物质被黑洞引力吸引，掉进黑洞的过程，正是动能急剧增加，摩擦力不断增强的过程。剧烈的摩擦使物质温度急剧增加，向外辐射出巨大的能量。同时由于黑洞自身强大的磁场作用，这些能量会沿着黑洞的磁场方向运动，最终从垂直于吸积盘的方向发射出来。一般来说，这部分能量会以X射线的方式射出，最终穿越数千万光年的距离被地球上的探测器“看到”。

　　NASA’s NICER Mission Maps ‘Light Echoes’ of New Black Hole

　　https://www.nasa.gov/feature/goddard/2019/nasa-s-nicer-mission-maps-light-echoes-of-new-black-hole

　　不难看出，人们所拍下的黑洞照片，实际上是黑洞引力范围内吸积盘所产生的辐射能量照片。而黑洞本身由于不发生光和热，所以无法在照片上成像。根据推算，照片中黑色的区域仍比黑洞实际的大小要大得多。真正的黑洞长什么样可能我们永远也无法得知。

　　发现黑洞有什么用？

　　无论如何，这是人类第一次以照片的形式将黑洞存在的形式拍摄下来，这显然是一个重要的时刻。可能有人会问了，黑洞离我们如此遥远，研究它有什么用呢？

　　实际上，黑洞作为广义相对论推导的产物，本身就有着极高的理论研究价值。在证明黑洞存在后，科学家可以利用黑洞周围的引力场研究时空弯曲现象，找到引力和时空之间的联系。虽然在短时间内，这些研究并没有太大的价值。但是随着理论数据的积累，未来何尝不能成为穿越时空的理论基础。宇宙是广大的，仅靠化学燃料的推动只能实现小范围的活动。如果可以打破时空的限制，利用“虫洞”实现星际范围的穿越，那么人类的活动空间将会有着本质的改变。我们正处在一个知识大爆炸的时代，理论的积累和实践的突破都将会在很短的时间内到来。不妨拭目以待，也许科幻片中的未来就是我们的明天。