黑洞，终于看到了你的样子！

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神秘天体黑洞终于被人类“看到”了。数百名科研人员参与合作的“事件视界望远镜”项目10日（北京时间晚9点）在全球多地同时召开新闻发布会，发布他们第一次拍到的黑洞照片。

照片“主角”是室女座超巨椭圆星系M87中心的超大质量黑洞，其质量是太阳的65亿倍，距离地球大约5500万光年。照片展示了一个中心为黑色的明亮环状结构，看上去有点像甜甜圈，其黑色部分是黑洞投下的“阴影”，明亮部分是绕黑洞高速旋转的吸积盘。

在经过百年的探索后，人类揭开黑洞的神秘“面纱”。

黑洞最早的“写生”

18世纪，英国地理学家约翰·米歇尔(JohnMichell)便已经意识到：宇宙中有致密的天体，可以达到滴“光”不漏的程度——密度大到连光都无法逃逸。

1968年，美国天体物理学家约翰·惠勒(JohnArchibaldWheeler)正式提出，将这样的天体，称作“黑洞”，它们自身不发光，吸入所有一切，什么都逃不出来。

多年来，天文学家也只是基于物理学定律和基本假设，用计算机模拟黑洞的真容。1978年，利用电脑模拟产生的数据，天体物理学家让·埃尔·卢米涅(Jean-PierreLuminet)用钢笔和印度墨水绘制了第一幅模拟黑洞图像。黑白的图像展现了落入黑洞的扁平物质，它看起来并不平坦，因为黑洞强大的引力，使周围的光发生弯曲。

40年来，科学家也已看到了黑洞的一些边缘证据，比如物质落入黑洞时，会因摩擦和引力作用形成一个巨大的高热吸积盘，就像是抽水马桶放水时产生的旋涡。

如何找到黑黢黢的黑洞

地球人怎么能看到、拍到宇宙中一个完全黑暗的物质？

探测黑洞的方法，是找它们的“周边”——吸积盘和喷流。

当恒星量级(从3个太阳质量到100个太阳质量大小)的黑洞会存在于一个恒星周围，将恒星的气体撕扯到它自己身边，产生一个围绕黑洞旋转的气体盘，即吸积盘。当吸积气体过多，一部分气体在掉入黑洞视界面之前，在磁场的作用下被沿转动方向抛射出去，形成喷流。

吸积盘和喷流两种现象，都因气体摩擦而产生了明亮的光与大量辐射，所以很容易被地球上的科学家通过望远镜探测到。理论上，黑洞也就有迹可循了。

这张照片为什么难拍

发现黑洞已如此不易，怎么给它拍照？

要想观测遥远的黑洞，依靠目前地球上任何单个望远镜远远不够。在过去10多年里，麻省理工学院(MIT)的科学家联合了其他研究机构的科研人员，开展了“事件视界望远镜”项目，全球各地8个射电望远镜同时对黑洞展开观测。

“如果地球是平的，那使用这一技术可以从波恩看清纽约街头报纸上的字。”岑苏斯说，给黑洞拍照主要应用的是“甚长基线干涉测量技术”，通过阵列望远镜，既能敏感捕捉微弱信号，又能拥有高分辨率，从而进行详尽观测。

为增加空间分辨率，以便看清更为细小的区域，科学家们在此次进行观测的望远镜阵列里增加了位于智利和南极的望远镜。

在所有参与观测的望远镜当中，智利的ALMA毫米望远镜是最为重要的一个，因为它的灵敏度是目前单阵列望远镜当中最高的，但它的档期非常满，所以此次黑洞视界面的观测，ALMA望远镜只计划进行四五天，其中两个晚上观测银河系中心黑洞SgrA*，剩下的时间留给星系M87黑洞。要保证所有8个望远镜都能看到这两个黑洞，留给科学家们的观测窗口期很短暂，每年只有大约10天时间。8个望远镜组成的国际部队，虽然不能直接看到黑洞，但能收集到大量关于黑洞的数据信息，勾勒出黑洞的样子。

洗照片，少则半年，长则两年，给黑洞拍张照片不容易，“洗照片”更是耗时漫长。

对于此次跨越南北半球的事件视界望远镜观测，因其所涉及的站点区域非常广阔，所产生的数据量十分庞大。事件视界望远镜每一个晚上所产生数据量可达2PB(2000000GB)。帮助科学家找到“上帝粒子”的欧洲大型质子对撞机，一年产生的数据量也就这个量级。

“中国科学院上海天文台直接参与了位于美国夏威夷的东亚JCMT望远镜对黑洞的观测，中国其他科研机构的多名研究人员也以不同形式参与了后期数据的分析和解读。”岑苏斯说，“希望未来中国能有更多新的毫米波望远镜参与进来。”在观测结束之后，各个站点收集的数据，被汇集到两个数据中心——位于美国麻省的Haystack天文台和德国波恩的马普射电所。在那里，大型计算机集群会对数据时间进行合并与分析，从而产生一个关于黑洞的图像。这一分析所需的时间少则半年，长则数年。“最终，我们等了这张照片两年。”

从预言到看见跨越百余年

黑洞是天文物理史上最引人注目的研究课题之一，更是科幻小说、电影等多种文艺作品中的常见“角色”。“事实有时候比小说更奇怪，黑洞最能真实体现这一点，它比科幻作家梦想的任何东西都更奇怪。”霍金在最后一本著作《十问：霍金沉思录》中这样写道。

对黑洞的研究，始于上世纪初。通过广义相对论，爱因斯坦第一次预言了黑洞的存在。紧接着，德国天文学家卡尔·史瓦西(KarlSchwarzschild)通过计算，证实了如果将大量物质集中于一个点，其周围就会产生奇异的现象。之后，这种不可思议的天体，被命名为“黑洞”。

黑洞是如何诞生的，黑洞有多大……在奥本海默、霍金等一系列科学家的研究下，对于黑洞的认识在此后几十年有了长足的进步。直到1970年，美国人造卫星“自由号”发现，天鹅座X-1天体上一个比太阳重30多倍的巨大蓝色星球，正被一个看不见的物体牵引着。这被学界认作是人类发现的第一个黑洞。

之后越来越多的黑洞被发现。2017年12月，美国卡耐基科学研究所科学家发现了有史以来最遥远的超大质量黑洞，它的质量是太阳的8亿倍。同年，诺贝尔物理学奖被授予给3位美国科学家，以表彰他们对观测引力波的决定性贡献。在他们的努力下，2016年激光干涉引力波天文台合作组宣布，他们于2015年9月14日探测到了引力波，它来自于两个黑洞的碰撞。而这项工作，也真正证实了黑洞的存在。

如今，对黑洞的研究已延续百年。这一次，我们终于能见到黑洞的“庐山真面目”。

图文编辑/杜毅豪

责任编辑/谭梦瑶

指导老师/张玉

图片/来源于网络