首張黑洞照片：有情結(jié)，更有歷史意義

這注定是一個(gè)值得記住的時(shí)刻。北京時(shí)間4月10日21時(shí)，人類(lèi)有史以來(lái)捕獲的首張黑洞照片公之于世，長(zhǎng)久以來(lái)“活在傳說(shuō)中”的黑洞終于顯露真容。

這是人類(lèi)第一次真真切切地“看”到黑洞。這張來(lái)之不易的黑洞照片，揭示了室女座星系團(tuán)中超大質(zhì)量星系M87中心的黑洞。這一黑洞距離地球5500萬(wàn)光年，質(zhì)量為太陽(yáng)的65億倍。這一圖像的捕獲意味著，百年之前的愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論得到了首次試驗(yàn)驗(yàn)證。這不僅是人類(lèi)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(lèi)對(duì)宇宙的根本了解，它之所以重要，是因?yàn)樗陂L(zhǎng)時(shí)間尺度上影響宇宙演化。但人們并沒(méi)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(ài)因斯坦發(fā)表了廣義相對(duì)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(guò)各種間接證據(jù)來(lái)表明黑洞的存在：其一，恒星、氣體的運(yùn)動(dòng)透露了黑洞的蹤跡。黑洞的強(qiáng)引力會(huì)對(duì)周?chē)暮阈恰怏w產(chǎn)生影響，可以通過(guò)觀測(cè)這種影響來(lái)確認(rèn)黑洞的存在;其二，根據(jù)黑洞吸積物質(zhì)（相當(dāng)于“吃東西”）發(fā)出的光來(lái)判斷黑洞的存在;其三，通過(guò)看到黑洞成長(zhǎng)的過(guò)程“看”見(jiàn)黑洞。

中國(guó)科學(xué)院上海天文臺(tái)臺(tái)長(zhǎng)沈志強(qiáng)告訴記者，“黑洞是一個(gè)特殊的天體，也是一種非常簡(jiǎn)單的天體，要描述它無(wú)非弄清楚三個(gè)指標(biāo)：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(lèi)：恒星級(jí)質(zhì)量黑洞（幾十倍至上百倍太陽(yáng)質(zhì)量）、超大質(zhì)量黑洞（幾百萬(wàn)倍太陽(yáng)質(zhì)量以上）和中等質(zhì)量黑洞（介于兩者之間）。黑洞的勢(shì)力范圍，稱(chēng)作黑洞半徑或事件視界。

廣義相對(duì)論預(yù)言，由于黑洞的存在，人們將會(huì)看到中心區(qū)域存在一個(gè)由于黑洞視界而形成的陰影，周?chē)h(huán)繞一個(gè)由吸積或噴流輻射造成的如新月?tīng)畹墓猸h(huán)。黑洞陰影則是人類(lèi)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(lèi)似發(fā)光氣體的明亮區(qū)域中。“我們預(yù)期黑洞會(huì)形成一個(gè)類(lèi)似陰影的黑暗區(qū)域。這正是愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論所預(yù)言的，這個(gè)暗影的形成，源于光線的引力彎曲和黑洞視界對(duì)光子的捕獲。暗影揭示了黑洞這類(lèi)迷人天體的很多本質(zhì)，也使得我們能夠測(cè)量M87中心黑洞的巨大質(zhì)量。”

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。”

用什么樣的“相機(jī)”才能實(shí)現(xiàn)給黑洞拍照的宏大計(jì)劃？這一次的陣容堪稱(chēng)“地球級(jí)別”。全球科學(xué)界將分布在世界各地的8個(gè)射電望遠(yuǎn)鏡（陣）“組合”起來(lái)，形成一個(gè)口徑如地球大小的“虛擬”望遠(yuǎn)鏡，所達(dá)到的靈敏度和分辨本領(lǐng)都是前所未有的。可以說(shuō)，正是全球科學(xué)界同步的努力，讓人類(lèi)拍攝到有史以來(lái)首張黑洞照片。

這一次給黑洞拍照到底有多精確？達(dá)到的分辨率約20微角秒。“相當(dāng)于在巴黎的一家路邊咖啡館，可以讀到紐約的報(bào)紙。”2012年就已參與黑洞觀測(cè)的中國(guó)科學(xué)院上海天文臺(tái)研究員路如森打了這樣一個(gè)比方。

雖然這些射電望遠(yuǎn)鏡沒(méi)有實(shí)際連接，但借助氫原子鐘精確計(jì)時(shí)，各臺(tái)望遠(yuǎn)鏡實(shí)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(yuǎn)鏡（EHT）大型國(guó)際合作項(xiàng)目的科研人員達(dá)200名之多，其中，來(lái)自中國(guó)大陸的學(xué)者有16人，分別來(lái)自上海天文臺(tái)8人、云南天文臺(tái)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(guó)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(lái)自中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)的學(xué)者。

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

具體來(lái)說(shuō)，中國(guó)對(duì)該項(xiàng)目的貢獻(xiàn)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(jiǎn)單就能完成的工作，報(bào)道透露，EHT陣列的觀測(cè)只持續(xù)了幾個(gè)小時(shí)，但后期研究人員花費(fèi)了近一年時(shí)間才將碎片化的圖像拼合成一張完整、可信賴(lài)的黑洞照片。（綜合《光明日?qǐng)?bào)》4.11、《參考消息》4.10）