當地時間2019年4月10日,比利時布魯塞爾,科學家召開新聞發佈會,公佈人類史上首張黑洞照片(東方ic/圖)

  使用一種特殊的天文望遠鏡——由分佈在全球各地的8臺射電望遠鏡組成的望遠鏡網絡,人類終於有機會窺見一個超大質量黑洞的真實面容。

  黑洞是宇宙中最神祕的天體,具有最極端的物理環境。它不僅是天體物理學家關注的熱點,同時也是公衆最感興趣的科學話題之一。一直以來,雖然大量觀測證據均支持黑洞的存在,但是由於黑洞本身不發光,難以直接探測,所以天體物理學家始終只能在理論上去猜測黑洞的形象。直到2017年4月啓動的事件視界望遠鏡(Event Horizon Telescope,EHT)觀測,人類終於有機會窺見黑洞的真容。

  北京時間2019年4月10日晚21點,事件視界望遠鏡團隊在中國上海和臺北、日本東京、美國華盛頓、智利聖地亞哥和比利時布魯塞爾六地召開新聞發佈會,使用漢語、日語、英語和西班牙語四種語言同時宣佈一項超大質量黑洞的最新研究成果,即發佈人類拍攝到的第一張黑洞照片。這是人類第一次“看見”黑洞。

  新聞發佈會上,參與事件視界望遠鏡合作的中國科學院上海天文臺路如森研究員對研究成果進行了簡要介紹。這次發佈的照片屬於距離地球5500萬光年的室女座橢圓星系M87中的一個超大質量黑洞M87*,它的質量大約相當於太陽質量的65億倍。黑洞的圖像呈環狀結構,接近圓形,這是由強引力透鏡效應引起的。同時圖像呈現出南北不對稱性,也符合多普勒增量效應的規律。

  目前,天體物理學家認爲根據質量可以將黑洞分成三類:恆星級質量的黑洞、中等質量黑洞和超大質量黑洞,質量分別從數十萬倍於太陽質量到上百億倍太陽質量不等。這樣巨大的質量大部分集中在黑洞的中心,即奇點,而奇點在其附近形成強大的引力場,在一定範圍內光都不能逃逸。光線逃逸的臨界半徑就被成爲視界面(Horizon)。

  此次拍到首張黑洞照片的事件視界望遠鏡實際上並非是某臺特定的望遠鏡,而是一個虛擬的射電望遠鏡網絡,由分佈在智利、美國、西班牙、墨西哥和南極的8臺射電望遠鏡組成。這些射電望遠鏡集合在一起同時工作,相當於天體物理學家擁有一臺口徑與地球直徑相當的望遠鏡,這樣EHT的分辨率才能達到拍攝目標黑洞的要求。

  2017年4月5日至4月14日,ETH進行了爲期10天的觀測。這次觀測有兩個目標,除了這次發佈照片的黑洞M87*外,另一個觀測目標是位於銀河系中心的超大質量黑洞Sgr A*,它的質量估計約爲太陽質量的400萬倍。ETH團隊會在隨後發佈Sgr A*的照片。

  共有來自全球三十多個研究機構的兩百多位科學家參與到這次觀測中,其中有來自中國科學院上海天文臺、華中師範大學、雲南天文臺、南京大學等國內研究機構的16位科學家,10位在現場參加了新聞發佈會並合影留念。

  事件視界望遠鏡團隊在2017年就完成了觀測工作而在兩年後才發佈照片的主要原因是觀測獲得的數據量太過龐大,以至於無法通過網絡進行傳輸。觀測每天產生的數據量相當於歐洲核子研究中心(CERN)一年產生的數據量。因此,觀測獲得的數據要使用硬盤進行存儲,然後被送往位於美國麻省理工學院和德國馬克思普朗克天體物理研究所的數據中心。在那裏,研究人員使用超級計算機對數據進行處理和分析,相當於完成“沖洗照片”的過程,然後才能把首張黑洞照片展示在我們面前。

  事件視界望遠鏡拍攝第一張黑洞照片,對於天體物理學家來說具有非常重大的意義。首先,顯而易見的是,他們第一次瞭解到黑洞的真實樣貌。其次,天體物理學家可以檢驗在黑洞周圍廣義相對論是否成立。根據目前的數據分析,廣義相對論再次經受住考驗。再次,可以瞭解在銀河系的黑洞周圍是否存在脈衝星。此外,黑洞M87*產生的由帶電亞原子粒子形成的快速、明亮的噴流在星際空間中可以延伸達到5000光年,研究人員一直不清楚這些能量從何而來,而黑洞照片將對回答噴流如何產生這一問題至關重要。

  1784年,英國人約翰·米切爾(John Michell)首次提出可能存在密度大到連光都無法逃逸的天體。1915年,愛因斯坦提出廣義相對論,爲黑洞的存在提供了堅實的理論依據。1967年,美國物理學家約翰·惠勒(John Wheeler)創造了“黑洞”(Black Hole)這個名詞描述這種緻密天體並沿用至今。1919年,阿瑟·愛丁頓領導的日全食拉開了驗證廣義相對論的序幕。2015年,LIGO探測到黑洞合併產生的引力波又使我們對黑洞的存在更加深信不疑。這次發佈的黑洞照片,不僅讓我們看到黑洞,同時也是時隔一個世紀對廣義相對論的又一次檢驗。

  100年來,雖然我們對廣義相對論的理解不斷加深,但是有關引力的很多問題仍然撲朔迷離,宇宙的祕密仍等待我們去破解。正如在新聞發佈會上EHT團隊的科學家所說,這次發佈的黑洞照片只是一個起點,未來將能獲得更加清晰的黑洞圖像,我們對黑洞的認知也會有新的飛躍。

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