北京時間5月12日，在包括上海在內(nèi)的全球多地同時召開的新聞發(fā)布會上，天文學(xué)家向人們展示了位于銀河系中心的超大質(zhì)量黑洞的首張照片（見上圖，事件視界望遠(yuǎn)鏡合作組織供圖）。這一成果給出了該天體就是黑洞的實(shí)證，為理解這種被認(rèn)為居于大多數(shù)星系中心的“巨獸”的行為提供了寶貴的線索。該照片由事件視界望遠(yuǎn)鏡（EHT）合作組織這一國際研究團(tuán)隊(duì)，通過分布在全球的射電望遠(yuǎn)鏡組網(wǎng)“拍攝”而成。

　　“組合”全球望遠(yuǎn)鏡拍照

　　廣義相對論預(yù)言，雖然黑洞本身不發(fā)光，但因?yàn)楹诙吹拇嬖?，周圍時空彎曲，氣體被吸引下落。氣體下落至黑洞的過程中，引力能轉(zhuǎn)化為光和熱，因此氣體被加熱至數(shù)十億攝氏度。黑洞就像沉浸在一片類似發(fā)光氣體的明亮區(qū)域內(nèi)，看起來就像陰影，陰影周圍環(huán)繞著一個由吸積或噴流輻射造成的如新月狀的光環(huán)。

　　中國科學(xué)院上海天文臺研究員路如森說：“對黑洞陰影的成像將提供黑洞存在的直接視覺證據(jù)。這就必須要保證望遠(yuǎn)鏡足夠靈敏，能分辨的細(xì)節(jié)足夠小，從而保證看得到和看得清?！?/p>

　　但滿足上述所有條件，望遠(yuǎn)鏡的口徑需要像地球直徑長度。然而，目前地球上已有的單個望遠(yuǎn)鏡最大口徑也只有500米。該怎么辦？天文學(xué)家們想到了一個好辦法——強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合。把地球上現(xiàn)有的一些望遠(yuǎn)鏡“組合”起來，就能夠形成一個口徑如地球直徑長度的“虛擬”望遠(yuǎn)鏡，其所達(dá)到的靈敏度和分辨力都是前所未有的。于是，全球超過200名科學(xué)家達(dá)成了“事件視界望遠(yuǎn)鏡”這一重大國際合作計劃，決定利用甚長基線干涉測量技術(shù)。

　　中科院上海天文臺臺長、研究員沈志強(qiáng)說：“這一技術(shù)就是利用多個位于不同地方的望遠(yuǎn)鏡在同一時間進(jìn)行聯(lián)合觀測，最后將數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析之后合并，在射電波段已相當(dāng)成熟。”距離地球有2.7萬光年之遙的銀河系中心黑洞人馬座A＊照片，最終就是由分布在全球六地的8個射電望遠(yuǎn)鏡組成的一個猶如地球那么大的虛擬望遠(yuǎn)鏡拍攝而成的。

　　提供了直接視覺證據(jù)

　　科學(xué)家之前已觀測到眾多的恒星圍繞著銀河系中心一個不可見的、致密的和質(zhì)量極大的天體作軌道運(yùn)動。這已強(qiáng)烈暗示這個被稱作人馬座A＊（Sagittarius A＊：Sgr A＊）的天體是一個黑洞，而今天發(fā)布的照片則提供了首個直接的視覺證據(jù)。

　　路如森說：“事件視界望遠(yuǎn)鏡對Sgr A＊開展了多個晚上的觀測，每次連續(xù)采集了好幾個小時的數(shù)據(jù)，就如同相機(jī)的長時間曝光?！?/p>

　　盡管Sgr A＊離我們更近，但這項(xiàng)成果的得來卻比M87＊艱難得多。路如森解釋，黑洞周圍的氣體均繞著Sgr A＊和M87＊高速旋轉(zhuǎn)。氣體繞轉(zhuǎn)M87＊一周需要幾天到數(shù)周時間，但對于相對小很多的Sgr A＊來說，幾分鐘內(nèi)氣體即可繞轉(zhuǎn)一周。“這意味著就在EHT觀測Sgr A＊之時，該超大質(zhì)量黑洞周圍繞轉(zhuǎn)氣體的亮度和圖案也在時刻快速變化著，這對拍照的技術(shù)和水平提出了考驗(yàn)。

　　為此，研究人員不得不開發(fā)新的工具來考慮圍繞Sgr A＊的氣體運(yùn)動。Sgr A＊的照片是研究團(tuán)隊(duì)提取出的不同照片平均后的效果，最終展現(xiàn)關(guān)于我們銀河系中心的超大質(zhì)量天體真面目的肖像。

　　未來要對準(zhǔn)更多目標(biāo)源

　　2019年4月10日，事件視界望遠(yuǎn)鏡合作組織曾公布人類歷史上拍攝的第一張黑洞照片。這一形狀酷似“甜甜圈”的黑洞被稱為M87＊，其直接成像幫助人類確認(rèn)了“黑洞”的存在，也驗(yàn)證了愛因斯坦廣義相對論的正確性。

　　2021年3月24日，事件視界望遠(yuǎn)鏡合作組織又公布了黑洞在偏振光中的珍貴影像資料。不僅在黑洞首次成像的基礎(chǔ)上提高了清晰度，同時發(fā)現(xiàn)黑洞周圍有一個密度較小、厚度更大的“蓬松”環(huán)，而不是一個高密度的薄盤。

　　相比于2017年，事件視界望遠(yuǎn)鏡合作組織在2018年已經(jīng)增加了3個新的臺站。事件視界望遠(yuǎn)鏡的持續(xù)擴(kuò)展和技術(shù)革新將使得科學(xué)家可以分享更引人注目的照片，包括在不久的將來的黑洞“電影”。

　　“拍攝一部銀河系中心黑洞的‘電影’，是下一代事件視界望遠(yuǎn)鏡的追求?！鄙蛑緩?qiáng)說，“我們正在規(guī)劃建設(shè)中國的亞毫米波VLBI望遠(yuǎn)鏡，以期參與到對Sgr A＊的24小時不間斷的接力觀測中。”

　　我國科學(xué)家長期關(guān)注高分辨率黑洞成像研究。此次的事件視界望遠(yuǎn)鏡合作中，我國科學(xué)家積極參與早期事件視界望遠(yuǎn)鏡國際合作的共同推動、事件視界望遠(yuǎn)鏡觀測時間的共同申請、夏威夷JCMT望遠(yuǎn)鏡的觀測運(yùn)行、后期數(shù)據(jù)處理分析等。

　　沈志強(qiáng)說：“我們還將望遠(yuǎn)鏡對準(zhǔn)其他目標(biāo)源，制作更多‘甜甜圈’。因其他‘甜甜圈’更迷你，所以需要更高的角分辨率，建設(shè)空間望遠(yuǎn)鏡可以實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)?！?/p>

　　“未來，我們非常希望能夠參與到下一代事件視界望遠(yuǎn)鏡的國際合作中，能夠做出更大貢獻(xiàn)。在觀測和理論方面，我們都會有一定的部署和計劃?！敝锌圃荷虾Ｌ煳呐_副臺長袁峰說。