首張銀河系中心黑洞照片公布

5月12日21：07，在包括上海在內的全球各地同時召開的新聞發布會上，天文學家向人們展示了位于我們銀河系中心的超大質量黑洞的首張照片！

這張照片由事件視界望遠鏡（EHT）合作組織這個國際研究團隊，通過分布在全球的射電望遠鏡組網“拍攝”而成。

銀河系中心黑洞的直接成像是一項突破性的天文觀測成果。再加上2019年公布的巨橢圓星系M87中心的黑洞（M87*）照片，科學家們對獲得了兩個大小非常不同的黑洞圖像非常興奮。這張寶貴的照片為我們提出了更多的問題，等待我們去探索和發現。

2019年4月10日，科研人員發布了首張人類捕獲的黑洞照片，這是我們唯一一次清楚看到黑洞的樣子。而自從看到這張黑洞照片（M87*），人們對于自己的銀河系中心黑洞的照片一直銘記心中。

很多人看到這張照片都覺得它像一個“甜甜圈”，那么這個“甜甜圈”真實的物理尺寸有多大呢？有1000億千米！但是因為照片中的這個黑洞距離我們有5500萬光年，因此看起來尺寸非常小，只有41微角秒。

這個大小相當于把量角器上的一度分成一億份，那一億分之一度就是這個“甜甜圈”的大小，可見這個黑洞非常之小。

為了拍到黑洞，全球200多位科學家組成了一個團隊。將遍布全球的8套珍貴的毫米波望遠鏡陣列，組成了一個等效口徑和地球直徑差不多大的望遠鏡，科學家收集到黑洞的信息后，又花了近兩年的時間，才得到了這張照片。

相比較銀河系黑洞而言，M87黑洞有極大的優勢，它的轉動軸只有17度，幾乎是沿著它的轉軸方向去看，所以幾乎沒有什么遮擋，所以我們就相對比較容易地看到了M87黑洞的照片。

而銀河系的超大質量黑洞位于銀河系中心，是我們自己星系的超大質量黑洞。肯定有人會覺得，既然就在咱們身邊，拍起來難道不是更容易嗎？

實際上，正如那句詩說的，“不識廬山真面目，只緣身在此山中。”雖然我們銀河系本身的黑洞（被稱為Sgr. A*）離得近，但是因為遮擋的緣故，數據處理起來更困難，也更加費時，所以，“拍照”需要更多的時間。此外，銀河系中心的黑洞的質量比較小，所以周圍物質變化的可能性要大很多。

在很長一段時間里，直接觀測黑洞困難重重。此次我們看到的銀河系中心黑洞的照片，是研究團隊花費了好多時間提取出不同照片，再進行平均后的效果。科學家們用超級計算機合成和分析數據，對黑洞模擬數據庫與觀測結果進行嚴格比對，才讓我們第一次看到銀河系中心黑洞的照片。

不過，等待也讓這張照片的發布更加激動人心，因為這是我們自己銀河系中心的黑洞照片！這也是EHT合作組織繼2019年發布人類第一張黑洞照片，捕獲了位于更遙遠星系M87中央黑洞（M87*）之后的又一重大突破。

眾所周知， M87幾乎是處于轉軸的方向，而我們是處于銀盤之上，所以與M87相比較來說，銀心黑洞（銀河系中心黑洞）在成像時會受到很多的遮擋。比如，在光學波段去觀察銀河系時，我們會看到很大的塵埃等氣體的遮擋，這個時候就必須利用波長更長的紅外或射電波段。

目前成熟的是毫米波和亞毫米波波段，也就是事件視界望遠鏡，值得一提的是，它利用全球不同的亞毫米和毫米波望遠鏡組成了一個陣列，口徑可以達到上萬公里。

星系M87中心的黑洞圖像，由圍繞其旋轉的熱氣發射勾勒。

不論是黑洞的首張照片，黑洞對周圍氣體和恒星的影響，還是黑洞發光以及引力波等，這些直接或間接的證據都告訴我們，黑洞是存在的。

這張照片與2019年所拍攝的M87的照片非常類似，都是利用全球8個不同的毫米波望遠鏡，或者簡稱為event horizon telescope來拍攝的。

這個龐大的望遠鏡組合分別為：位于智利的ALMA（Atacma Large Millimeter/Submeter Array，阿卡塔瑪大型毫米亞毫米陣列），位于南極的SPT（South Pole Telescope）， 美國夏威夷的SMA（Submillimeter Array），墨西哥的LMT（Large Millimeter Array，大型毫米波望遠鏡）， 美國夏威夷的JCMT（James Clerk Maxwell Telescope，詹姆斯·克拉克·麥克斯韋望遠鏡），西班牙的IRAM（IRAM 30-m telescope），智利的APEX（Atacama Pathfinder EXperiment，阿塔卡馬探路者實驗望遠鏡），美國亞利桑那州的SMT（Submillimeter Telescope）。

值得一提的是，美國夏威夷的JCMT望遠鏡，是中國參與運行的一個望遠鏡，不少中國科學家應該是在這里進行的觀測。很遺憾的是，目前紅外觀測能夠達到的最大直徑是上百米，比如歐洲南方天文臺的VLT/gravity，觀測直徑可以達到130米，但是距離公里的口徑量級還是相差很大，希望我們在未來可以利用紅外波段能夠看到黑洞的照片。

從大小上而言，銀河系中心的黑洞明顯比M87的黑洞稍微小一些，但是銀河系中心的黑洞的拍攝難度更大一些，這是因為，銀河系中心的黑洞的質量要比M87小很多，距離要近很多，所以周圍物質變化的可能性要大很多。

相比觀測M87的黑洞的情況而言，原本好幾天時間里的變化，現在變成了在幾分鐘左右內就會發生，所以觀測難度更大。比如說，為了這張照片，科學家們專門開發了新的復雜工具來考慮Sgr A*的氣體。

我們可以回想一下上次照片的時間：2017年開始拍攝，2019年我們就得到了M87*中心黑洞的照片。

然而，一直到5年之后，科學家們用超級計算機合成和分析數據，對黑洞模擬數據庫與觀測結果進行嚴格比對，才讓我們第一次看到銀河系中心黑洞的照片。

銀心黑洞不足銀河系的0.0005%，為什么能夠束縛住數千億顆恒星？

如果從銀河系的結構來看，銀河系的結構可以分為銀核（包括黑洞在內）、銀盤和銀暈三個部分;從質量來看，銀河系中心的大黑洞質量還不到銀河系質量的0.0005%;而從銀河系核心的角度而言，銀河系黑洞僅僅是銀河系核球的一部分。

那么，究竟是什么樣的力量將銀河系的千億顆恒星固定在一個有限的范圍之內呢？所有可見的物質是怎么聚集的呢？

其實，這個問題在上個世紀初的時候就有人提出了。

天體物理學家茲威基（Fritz Zwicky）測量了后發座星系團的恒星，結果發現了暗物質的存在。因為茲威基的性格很不受大家喜歡，所以盡管這個概念是對的，但是沒有受大家重視。

一直到了1970年，年輕的魯賓（Verin Rubin）和她的導師福特（Kent Ford）先后對仙女星系中星體旋轉速度做了研究。利用高精度的光譜測量技術，他們可以探測到遠離星系核區域的外圍星體繞星系旋轉速度和距離的關系。根據牛頓定律，如果星系的質量主要集中在星系核區的可見星體上，星系外圍的星體的速度將隨著距離而減小。

但觀測結果表明，在相當大的范圍內，星系外圍的星體的速度是恒定的。這意味著，星系中可能有大量的不可見物質并不僅僅分布在星系核心區，且其質量遠大于發光星體的質量總和。

現在我們已經知道，不可見物質（暗物質）的質量大約比可見質量要重10倍左右，而且幾乎絕大多數星系都是如此。

這也就是前面那個問題的答案了，盡管我們銀心的黑洞只是如此小的質量，但是在暗物質的幫助之下，卻可以束縛住千億顆恒星！

不論是黑洞的首張照片，黑洞對周圍氣體和恒星的影響，還是黑洞發光以及引力波等，這些直接或間接的證據都告訴我們，黑洞是存在的。

我們為什么要研究黑洞？“我腦海中閃過的第一個理由是好奇心，畢竟很多時候我們是因為好奇而想去做研究。但顯然這個理由并不能說服大家。我們所處的銀河系里就有這么一個超大質量黑洞，我們為什么不去了解它呢？這個超大質量黑洞和我們人類有什么關系？它會不會影響到我們的日常生活？”中國科學院上海天文臺副研究員左文文如是說。

左文文分析，一方面，這個黑洞的質量有410萬倍太陽質量那么大，它距離我們有2.6萬光年。距離這么遠，我們受到來自它的引力微乎其微。

另一方面，活躍的黑洞會發光，并且發的光還很強。有意思的是，銀河系中間的黑洞并不活躍，它很寧靜，所以它發出來的光和能量比較弱。又因為我們離它很遠，所以等到來自這個黑洞的光到達地球表面的時候，強度就更弱了。況且，地球自帶兩大保護層，一層是大氣層，一層是磁場，它們保護我們免受高能粒子、高能光子的影響。因此，銀河系中心的超大質量黑洞所發出的光，對我們的影響可以忽略不計。

除了銀河系中心的這個超大質量黑洞，理論上，銀河系當中還應該存在上億個恒星級質量黑洞。既然每一個大質量星系的中心都有一個超大質量黑洞，那么黑洞和它所處的星系之間有什么關系呢？

左文文表示，離我們比較近的大星系中心的一個黑洞，星系中有一個名叫核球的部分，而黑洞質量和核球質量呈正相關性。也就是說，黑洞質量越大，它所居住的星系中心的核球質量也會越大。這是不是說明，黑洞的成長和星系的成長是相關的呢？目前這個問題還是一個未解之謎，所以對黑洞的研究能夠幫助我們認識星系，認識黑洞和星系的關系。除了對研究星系有很大的幫助，對研究整個宇宙的歷史，黑洞的功勞同樣功不可沒。

雖然超大質量黑洞、恒星級質量黑洞在銀河中對我們的影響非常小，但對于研究黑洞自身、黑洞與星系、黑洞與宇宙來說，黑洞的研究都是非常關鍵的。黑洞還有很多的秘密沒有解決，這都促使我們一定要去研究黑洞。

未來的研究道路還很漫長，探索宇宙的終極奧秘才是黑洞研究的星辰大海。也許成效并不會在一朝一夕中得見，但一定值得我們期待。

◎ 來源|綜合微信公眾號“ 格致論道講壇”、“科學辟謠”