人類首次“看見”黑洞 有點(diǎn)像甜甜圈

人類史上首張黑洞照片面世！北京時(shí)間4月10日晚9時(shí)許，包括中國(guó)在內(nèi)，全球多地天文學(xué)家同步公布首張黑洞真容。這一由200多名科研人員歷時(shí)10余年、從四大洲8個(gè)觀測(cè)點(diǎn)“捕獲”的視覺證據(jù)，有望證實(shí)愛因斯坦廣義相對(duì)論在極端條件下仍然成立。

這是人類第一次凝視曾經(jīng)只存在于理論中的天體——黑洞，一種體積極小、質(zhì)量極大的天體，如同一個(gè)宇宙“吞噬之口”，連光也無法逃逸。

露出真容的黑洞看上去像甜甜全

露出真容的黑洞，位于室女座一個(gè)巨橢圓星系M87的中心，距離地球5500萬光年，質(zhì)量約為太陽的65億倍。照片展示了一個(gè)中心為黑色的明亮環(huán)狀結(jié)構(gòu)，看上去有點(diǎn)像甜甜圈。它的核心區(qū)域存在一個(gè)陰影，周圍環(huán)繞一個(gè)新月狀光環(huán)。

百余年前，愛因斯坦的廣義相對(duì)論率先對(duì)黑洞作出預(yù)言，從此成為許多科幻電影的靈感源泉。科學(xué)家陸續(xù)通過一些間接證據(jù)證實(shí)了黑洞的存在，但人類始終沒有真正“看到”過黑洞。

“這是人類獲得關(guān)于黑洞的第一個(gè)直接視覺證據(jù)，證實(shí)了愛因斯坦廣義相對(duì)論在極端條件下仍然成立。”參與國(guó)際合作的中方科學(xué)家、中國(guó)科學(xué)院上海天文臺(tái)臺(tái)長(zhǎng)沈志強(qiáng)說。

分布全球的觀測(cè)點(diǎn)組成的虛擬望遠(yuǎn)鏡成功“捕獲”黑洞影像

質(zhì)量極其巨大的黑洞，是宇宙中的神秘存在。這次通過分布全球的觀測(cè)點(diǎn)組成一個(gè)口徑如地球大小的虛擬望遠(yuǎn)鏡——黑洞事件視界望遠(yuǎn)鏡，順利實(shí)現(xiàn)在1.3毫米波長(zhǎng)的觀測(cè)，并經(jīng)過長(zhǎng)期的數(shù)據(jù)分析，成功“捕獲”黑洞的影像。

由于需要極高的靈敏度，組成全球網(wǎng)絡(luò)的8個(gè)射電望遠(yuǎn)鏡分布在多個(gè)高海拔地區(qū)，包括夏威夷和墨西哥的火山、西班牙的內(nèi)華達(dá)山脈、智利的阿塔卡馬沙漠、南極點(diǎn)等。“這些望遠(yuǎn)鏡的分辨率相當(dāng)于能在黑龍江漠河閱讀南沙群島上的一張報(bào)紙。”中方科學(xué)家、上海天文臺(tái)研究員路如森說。

“看”得遠(yuǎn)、“看”得清仍然不夠，給黑洞拍照還要“看”得準(zhǔn)。“觀看電視節(jié)目要選對(duì)頻道，黑洞影像也必須在合適的波段才能觀測(cè)。”路如森說，最佳波段在1毫米附近，這一波段的黑洞光環(huán)最明亮，而背景“噪聲”又最小。

該國(guó)際合作項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、哈佛大學(xué)教授謝潑德·多爾曼表示，過去10多年里，技術(shù)的突破、全球天文臺(tái)的合作等，讓人類最終打開了一個(gè)觀測(cè)黑洞的全新窗口。

[多知道點(diǎn)]

“事件視界”和“事件視界望遠(yuǎn)鏡”

在黑洞周圍，光線不能逃脫的臨界范圍被稱為黑洞的半徑或“事件視界”。對(duì)這個(gè)特殊區(qū)域，人類動(dòng)用口徑相當(dāng)于地球直徑的“虛擬望遠(yuǎn)鏡”，探尋黑洞留下的種種“蛛絲馬跡”。

根據(jù)著名理論物理學(xué)家霍金的理論，黑洞“事件視界”并非“有去無來”的單行車道。盡管物體一旦被吸入黑洞就會(huì)永遠(yuǎn)消失，但如果經(jīng)過數(shù)十億年的時(shí)間，黑洞可能會(huì)“滲出”一些被吸入物質(zhì)的蛛絲馬跡。

由于黑洞非常遙遠(yuǎn)且半徑很小，以往設(shè)施沒有足夠的分辨率來直接觀測(cè)黑洞，而是用觀察周圍恒星運(yùn)動(dòng)、吸積盤和噴流乃至引力波等間接方法來進(jìn)行探測(cè)。

為了提高望遠(yuǎn)鏡空間分辨率，來自全球多個(gè)國(guó)家30多個(gè)研究所的200多名科研人員開展了一項(xiàng)龐大的觀測(cè)計(jì)劃，他們將分布在全球不同地區(qū)的多個(gè)射電望遠(yuǎn)鏡組成一個(gè)陣列進(jìn)行聯(lián)合觀測(cè)，這就相當(dāng)于獲得了一個(gè)口徑宛如地球大小的巨型望遠(yuǎn)鏡，這就是“事件視界望遠(yuǎn)鏡”項(xiàng)目。

“事件視界望遠(yuǎn)鏡”實(shí)際上嘗試觀測(cè)的是黑洞的“事件視界”。經(jīng)數(shù)年精心準(zhǔn)備，“事件視界望遠(yuǎn)鏡”項(xiàng)目的國(guó)際科研團(tuán)隊(duì)通力合作，借助分布在世界多地的8個(gè)射電望遠(yuǎn)鏡聯(lián)合觀測(cè)，再經(jīng)過近兩年的數(shù)據(jù)處理及理論分析，終于成功獲得第一張黑洞照片。

專家們說，黑洞照片將幫助我們了解為何黑洞能對(duì)宇宙中的天體產(chǎn)生深刻影響。

黑洞——比科幻更不可思議的天體

“事實(shí)有時(shí)候比小說更奇怪，黑洞最能真實(shí)體現(xiàn)這一點(diǎn)，它比科幻作家夢(mèng)想的任何東西都更奇怪。”霍金在最后一本著作《十問：霍金沉思錄》中這樣寫道。

時(shí)空中的無底深淵、深藏不露的引力陷阱……黑洞是天文物理史上最引人注目的研究課題之一，更是科幻小說、電影等多種文藝作品中的常見“角色”。

人類關(guān)注黑洞的歷史可以追溯到18世紀(jì)末。在萬有引力定律提出約百年后，英國(guó)科學(xué)家約翰·米歇爾在1783年首次提出，可能存在引力強(qiáng)大到連光線也無法逃離的“暗星”。不過，那時(shí)天文學(xué)家對(duì)此討論不多。

1915年，愛因斯坦提出真正“預(yù)見”黑洞的廣義相對(duì)論。但其實(shí)，就連愛因斯坦也曾經(jīng)不相信黑洞真實(shí)存在。不過，科學(xué)界確實(shí)利用廣義相對(duì)論計(jì)算得出，在宇宙中存在這樣的天體，

20世紀(jì)60年代，美國(guó)天體物理學(xué)家約翰·惠勒首次將“黑洞”作為一個(gè)科學(xué)術(shù)語提出，這個(gè)詞象征著它的黑暗和神秘。

此后，科學(xué)界不斷收獲關(guān)于黑洞的研究成果。迄今，黑洞的存在已得到多數(shù)天文學(xué)界和物理學(xué)界科研人員的承認(rèn)。

在人類首次獲得黑洞照片之前，2015年堪稱黑洞研究的一個(gè)小高峰：引力波探測(cè)項(xiàng)目為黑洞的存在提供了明確證據(jù)。

科學(xué)界普遍認(rèn)為，黑洞是宇宙中最神秘的天體，幾乎所有質(zhì)量都集中在最中心的“奇點(diǎn)”處，其周圍形成一個(gè)強(qiáng)大的引力場(chǎng)，在一定范圍之內(nèi)，連光線都無法逃脫。這個(gè)邊界稱作“事件視界”，本次發(fā)布黑洞照片的國(guó)際組織，就叫做“事件視界望遠(yuǎn)鏡”項(xiàng)目。

根據(jù)理論推算，銀河系中光恒星量級(jí)的黑洞就有上千萬個(gè)。天文學(xué)界認(rèn)為，許多星系中央都有超大質(zhì)量黑洞。例如代號(hào)M87的超巨橢圓星系中心黑洞的質(zhì)量被認(rèn)為約為太陽的65億倍。

天文學(xué)家根據(jù)質(zhì)量將宇宙中的黑洞分成了三類：恒星級(jí)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）。

盡管黑洞無法直接觀測(cè)，但由于黑洞的引力會(huì)吸積物質(zhì)到它附近，周圍通常都有一個(gè)吸積盤環(huán)繞。吸積盤非常熱且亮，與黑洞對(duì)比明顯，因此可以通過觀測(cè)吸積盤來為黑洞拍照。

本刊整理自新華社