黑洞照片背后的信息解讀

李宏策

舉世矚目的黑洞照片已經(jīng)公布，這張紅遍全球的圖像透露出哪些信息，未來(lái)天文學(xué)家還將會(huì)給我們帶來(lái)什么樣的驚喜？聽(tīng)法國(guó)國(guó)家科學(xué)研究院（CNRS）兩位資深專家詳細(xì)解讀黑洞照片背后的信息。

這兩位“大咖”，一位是巴黎綜合理工學(xué)院教授、CNRS主任研究員馬休·德諾華，他從事高能伽瑪天文學(xué)研究，在巴黎綜合理工學(xué)院講授高能天文學(xué)、量子力學(xué)等課程，是2018年CNRS銀獎(jiǎng)獲得者;另一位是CNRS主任研究員娜塔莉·德呂埃勒，她在巴黎狄德羅大學(xué)宇宙學(xué)實(shí)驗(yàn)室從事引力波和宇宙學(xué)問(wèn)題研究，曾于巴黎綜合理工學(xué)院、巴黎高等師范大學(xué)講授廣義相對(duì)論，著有《現(xiàn)代物理學(xué)的相對(duì)論》《引力波》等書(shū)籍。

為黑洞拍照是一項(xiàng)創(chuàng)舉

德諾華表示，給黑洞拍照是一項(xiàng)技術(shù)創(chuàng)舉，通過(guò)將干涉技術(shù)（VLBI）與位于全球的望遠(yuǎn)鏡相結(jié)合，創(chuàng)造了一個(gè)巨大的“虛擬”望遠(yuǎn)鏡，使角度分辨率達(dá)到前所未有的20微弧秒。這相當(dāng)于從一萬(wàn)公里外看到一毫米的物體，更形象地說(shuō)，相當(dāng)于從地面看到月球上的高爾夫球。

黑洞照片的取得是一項(xiàng)基礎(chǔ)性科學(xué)成果。近年檢測(cè)到的引力波，不僅證實(shí)了廣義相對(duì)論的預(yù)測(cè)，同時(shí)還證實(shí)了“中間”質(zhì)量黑洞的存在（質(zhì)量約為數(shù)十個(gè)太陽(yáng)）。但在此前的研究中，我們從未“看到”過(guò)黑洞。

這張黑洞照片可以讓我們看到圍繞黑洞轉(zhuǎn)動(dòng)的光線——可能是黑洞周圍的等離子體產(chǎn)生的，這是一個(gè)重要的發(fā)現(xiàn)。

歷盡艱辛，但還有很長(zhǎng)的路要走

德呂埃勒認(rèn)為，“事件視界望遠(yuǎn)鏡（EHT）”項(xiàng)目取得的成就是一項(xiàng)非常重要的科學(xué)成果，為愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論提供了新的驗(yàn)證。它證明了人類可以觀測(cè)到靠近黑洞視界的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)，在精度達(dá)到一定程度后，將可以借此了解黑洞的引力場(chǎng)，并能夠探究現(xiàn)實(shí)中的黑洞是否符合愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論的預(yù)測(cè)。但要實(shí)現(xiàn)如此高的精度還有很長(zhǎng)一段路要走。目前，這張照片證實(shí)了黑洞的質(zhì)量，但還不足以確定其轉(zhuǎn)速。此外，它雖然與廣義相對(duì)論“兼容”，但由于其不夠精確，同時(shí)也能夠與其他競(jìng)爭(zhēng)模型兼容。

德諾華指出，EHT的工作還沒(méi)有完全完成，下一步它將把鏡頭對(duì)準(zhǔn)銀河系中心的人馬座A*。銀河系中心的黑洞比M87星系中心黑洞更輕、更小，其周圍的光線環(huán)繞一周可能只需要數(shù)十秒，而M87星系黑洞周圍光線環(huán)繞一周則需要數(shù)小時(shí)。這將導(dǎo)致圖像會(huì)發(fā)生更多的變化，從而需要進(jìn)行“動(dòng)態(tài)”分析。此外，EHT還需要對(duì)黑洞做更細(xì)致的研究，包括測(cè)量黑洞旋轉(zhuǎn)速度，觀察吸積過(guò)程物質(zhì)如何落入黑洞，從其他方面檢驗(yàn)廣義相對(duì)論，觀察等離子噴射等。此后，EHT還可能將目標(biāo)轉(zhuǎn)向其他黑洞，也將有更多天文臺(tái)加入，以進(jìn)一步提升觀測(cè)能力。

? 兩位專家都表示還有更多未知等待探索，目前有許多其他大型研究項(xiàng)目，包括光學(xué)天文學(xué)（建設(shè)超大望遠(yuǎn)鏡）、無(wú)線電、X射線、伽馬射線、中微子、引力波等。相信未來(lái)將有更多世界級(jí)重大發(fā)現(xiàn)，引領(lǐng)我們一步步探索自身所處的神秘宇宙。