人類成功獲得首張黑洞照片

文／李大慶 李宏策 陳 超

黑洞，一個充滿想象力的名詞，一類真實的天文實體。北京時間4月10日21時7分，世界上第一幅黑洞的照片終于在中國上海天文臺306會議室揭開了面紗。

與上海一樣，全球其他5個城市（比利時布魯塞爾、智利圣地亞哥、中國臺北、日本東京、美國華盛頓）也都在同一時間公布了這張令天文學家興奮的照片，宣布已經(jīng)成功獲得了超大黑洞的第一個直接視覺證據(jù)。

《天體物理學雜志通信》也于4月10日以特刊的形式，通過6篇論文發(fā)表了有關黑洞圖像的這一重大結(jié)果。該圖像揭示了室女座星系團中超大質(zhì)量星系M87中心的黑洞。這個黑洞距離地球太遠了，有5500萬光年，黑洞的質(zhì)量為太陽的65億倍！

“虛擬”望遠鏡的靈敏度和分辨本領前所未有

黑洞圖像是由“事件視界望遠鏡（EHT）”項目組織實施獲得的。它把地球上的8臺射電望遠鏡組合起來，形成了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都是前所未有的，為科學家們提供了研究宇宙中最極端天體的新手段。

“我們捕獲到了黑洞的首張照片?！惫鸫髮W教授、EHT項目主任謝潑德·多爾曼說，“這是一項由200多位科研人員組成的團隊完成的非凡的科研成果?！?/p>

黑洞是一種具有超強引力的宇宙天體。這種天體的存在以極端的方式影響著周圍的環(huán)境，讓時空彎曲，并將周圍的氣體吸進來。在此過程中，氣體的引力能轉(zhuǎn)化成熱能，因此氣體的溫度變得很高，會發(fā)出強烈的輻射。

法國國家科學研究中心對這張照片的評述為：今天發(fā)表的這張圖片清楚地顯示了一個圓形和黑暗中心區(qū)域的環(huán)形結(jié)構(gòu)：它是黑洞的陰影，突出了輝煌的背景，這個影子是重力偏離光的組合，充滿了關于這些迷人物體性質(zhì)的信息，并允許研究人員測量黑洞的巨大質(zhì)量。

日本科學家在該項目上作出了貢獻。阿爾瑪望遠鏡在參加項目的望遠鏡中解像度最高，為提高“事件視界望遠鏡”整體分辨率作出了重要貢獻。日本團隊代表、國立天文臺教授本間希樹說：“我們采用了‘稀疏建?！男路椒▽?shù)據(jù)進行處理，因此在有限的數(shù)據(jù)中獲得了高度可信度影像。4個獨立的內(nèi)部小組利用3種方法對數(shù)據(jù)合成影像，全部確認了黑洞陰影出現(xiàn)?！?/p>

照片證明了愛因斯坦廣義相對論的正確

站在世界第一幅黑洞圖像前，中科院上海天文臺臺長沈志強無比興奮：“最重要的是證明了愛因斯坦廣義相對論是對的?！睈垡蛩固?00年前的理論，一直受到某些人的質(zhì)疑，現(xiàn)在全球8臺射電望遠鏡合力觀測，在拿到第一張黑洞圖像的同時，也給愛因斯坦廣義相對論做了有力的論證。

EHT項目是由美國麻省理工學院的科學家們聯(lián)合全球其他研究機構(gòu)的科研人員實施的。2016年，科學家們提出了實施項目的意向，2017年4月，設在全球多地的8臺亞毫米射電望遠鏡開始了“拍照”工作。之后是大量的數(shù)據(jù)處理，對結(jié)果的可靠性也做了充分的比較分析?！暗浆F(xiàn)在才有幸向全世界發(fā)布?！弊鳛镋HT國際合作成員的沈志強對照片的準確性與可信度充滿自信。

這一次，天文學界玩起了“黑洞手法”

像黑洞的名字一樣，這一次國際天文學界也玩起了“黑洞手法”：對玄奧的、深不可測的黑洞，采取提前一周左右就在全球極力宣揚要在10日公布世界第一張黑洞的照片，預熱，炒作，辟謠，兼帶著天文學家、物理學家們在沒看到照片情況下的猜測性解說及科普，全球被深深地“裹脅”到了黑洞新聞中。在普羅大眾眼里，一周來的科技界，仿佛只有黑洞一件事，其他科學都不存在。

一個比一個更形象的比喻也紛紛涌現(xiàn)。在黑洞圖像新聞預熱階段，有專家接受媒體采訪時稱，獲得黑洞的照片，相當于從地球上看清了月球上的一個橙子。中科院上海天文臺研究員路如森在黑洞第一張圖像公布后對記者說，橙子的比喻大致是對的。不過用他自己的比喻似乎更甚：這張黑洞圖像所看清的部分，相當于從美國紐約看到巴黎咖啡館里的客人正在讀著的一張報紙上的文字！

在黑洞照片沒有面世之前，很多人就有疑問：既然黑洞巨大的質(zhì)量引力使得光都逃逸不掉，那么科學家是怎么把沒光的東西拍出來的呢？路如森解釋說，平時我們到醫(yī)院去做核磁共振所看到的片子，也是通過測量人體局部圖像的不同空間頻率成份重構(gòu)出來的?！昂诙凑掌闹貥?gòu)與此同理?！?/p>

中國科學家參與研究

中國科學家參與了黑洞圖像的觀測與研究工作。從10日發(fā)表在《天體物理學雜志通信》的論文作者署名看，中國大陸一共有16位科學家參與了這項研究工作，其中上海本地就有8位研究員參加，其他人員來自云南天文臺、中科院高能物理所、南京大學、北京大學、中國科學技術大學、華中科技大學。此外，中國臺北也有部分科學家參與了這項研究工作。

中國科學家長期關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具有國際顯示度的相關工作。在此次EHT合作中，中國科學家在早期EHT國際合作的推動、EHT望遠鏡觀測時間的申請、夏威夷JCMT望遠鏡的觀測、后期的數(shù)據(jù)處理和結(jié)果理論分析等方面作出了中國貢獻。

（來源：科技日報）