首張黑洞照片：有情結(jié)，更有歷史意義

這注定是一個值得記住的時刻。北京時間4月10日21時，人類有史以來捕獲的首張黑洞照片公之于世，長久以來“活在傳說中”的黑洞終于顯露真容。

這是人類第一次真真切切地“看”到黑洞。這張來之不易的黑洞照片，揭示了室女座星系團中超大質(zhì)量星系M87中心的黑洞。這一黑洞距離地球5500萬光年，質(zhì)量為太陽的65億倍。這一圖像的捕獲意味著，百年之前的愛因斯坦廣義相對論得到了首次試驗驗證。這不僅是人類難以抑制的仰望星空的情結(jié)，更具有極大的歷史性意義。

神秘的黑洞背后有著太多秘密等待揭示，令一代代科學(xué)家為之著迷。黑洞涉及人類對宇宙的根本了解，它之所以重要，是因為它在長時間尺度上影響宇宙演化。但人們并沒有完全了解黑洞如何吞噬物質(zhì)，然后又將其中一部分以接近光速向外噴射，影響所在星系。

黑洞，從預(yù)言走到眼前

1915年，愛因斯坦發(fā)表了廣義相對論，以其天才的想象力預(yù)言了“黑洞”的存在。在此次拍照前，科學(xué)家們通過各種間接證據(jù)來表明黑洞的存在：其一，恒星、氣體的運動透露了黑洞的蹤跡。黑洞的強引力會對周圍的恒星、氣體產(chǎn)生影響，可以通過觀測這種影響來確認黑洞的存在;其二，根據(jù)黑洞吸積物質(zhì)（相當于“吃東西”）發(fā)出的光來判斷黑洞的存在;其三，通過看到黑洞成長的過程“看”見黑洞。

中國科學(xué)院上海天文臺臺長沈志強告訴記者，“黑洞是一個特殊的天體，也是一種非常簡單的天體，要描述它無非弄清楚三個指標：質(zhì)量、電荷和自轉(zhuǎn)”。天文學(xué)家們將宇宙中的黑洞根據(jù)質(zhì)量分成三類：恒星級質(zhì)量黑洞（幾十倍至上百倍太陽質(zhì)量）、超大質(zhì)量黑洞（幾百萬倍太陽質(zhì)量以上）和中等質(zhì)量黑洞（介于兩者之間）。黑洞的勢力范圍，稱作黑洞半徑或事件視界。

廣義相對論預(yù)言，由于黑洞的存在，人們將會看到中心區(qū)域存在一個由于黑洞視界而形成的陰影，周圍環(huán)繞一個由吸積或噴流輻射造成的如新月狀的光環(huán)。黑洞陰影則是人類能看到的最接近黑洞本身的圖像。

在天文學(xué)家捕獲的首張黑洞照片中，黑洞仿佛沉浸在一片類似發(fā)光氣體的明亮區(qū)域中?！拔覀冾A(yù)期黑洞會形成一個類似陰影的黑暗區(qū)域。這正是愛因斯坦廣義相對論所預(yù)言的，這個暗影的形成，源于光線的引力彎曲和黑洞視界對光子的捕獲。暗影揭示了黑洞這類迷人天體的很多本質(zhì)，也使得我們能夠測量M87中心黑洞的巨大質(zhì)量?！?/p>

給黑洞拍照有多難

給黑洞拍照到底有多難？有人這樣比方，“就像我們站在地球上去觀看一枚放在月球表面的橙子?！?/p>

用什么樣的“相機”才能實現(xiàn)給黑洞拍照的宏大計劃？這一次的陣容堪稱“地球級別”。全球科學(xué)界將分布在世界各地的8個射電望遠鏡（陣）“組合”起來，形成一個口徑如地球大小的“虛擬”望遠鏡，所達到的靈敏度和分辨本領(lǐng)都是前所未有的?？梢哉f，正是全球科學(xué)界同步的努力，讓人類拍攝到有史以來首張黑洞照片。

這一次給黑洞拍照到底有多精確？達到的分辨率約20微角秒?！跋喈斢谠诎屠璧囊患衣愤吙Х瑞^，可以讀到紐約的報紙?！?012年就已參與黑洞觀測的中國科學(xué)院上海天文臺研究員路如森打了這樣一個比方。

雖然這些射電望遠鏡沒有實際連接，但借助氫原子鐘精確計時，各臺望遠鏡實現(xiàn)了數(shù)據(jù)記錄的同步。

全球科學(xué)界合作的典范

參與此次事件視界望遠鏡（EHT）大型國際合作項目的科研人員達200名之多，其中，來自中國大陸的學(xué)者有16人，分別來自上海天文臺8人、云南天文臺1人、高能物理所1人、南京大學(xué)2人、北京大學(xué)2人、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)1人、華中科技大學(xué)1人。另外，還有部分來自中國臺灣地區(qū)的學(xué)者。

“在捕獲首張黑洞圖像的過程中，中國科學(xué)家做出了極具國際顯示度的工作。”沈志強自豪地說。他告訴記者，我國科學(xué)家長期關(guān)注高分辨率黑洞觀測和黑洞物理的理論與數(shù)值模擬研究，在EHT國際合作形成之前就已開展了多方面工作。

具體來說，中國對該項目的貢獻主要在于提供資金支持、電腦建模以及數(shù)據(jù)分析等方面，而這些都不是簡單就能完成的工作，報道透露，EHT陣列的觀測只持續(xù)了幾個小時，但后期研究人員花費了近一年時間才將碎片化的圖像拼合成一張完整、可信賴的黑洞照片。（綜合《光明日報》4.11、《參考消息》4.10）