人類首次“看見”黑洞 有點像甜甜圈

人類史上首張黑洞照片面世！北京時間4月10日晚9時許，包括中國在內(nèi)，全球多地天文學家同步公布首張黑洞真容。這一由200多名科研人員歷時10余年、從四大洲8個觀測點“捕獲”的視覺證據(jù)，有望證實愛因斯坦廣義相對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。照片展示了一個中心為黑色的明亮環(huán)狀結(jié)構(gòu)，看上去有點像甜甜圈。它的核心區(qū)域存在一個陰影，周圍環(huán)繞一個新月狀光環(huán)。

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

“這是人類獲得關(guān)于黑洞的第一個直接視覺證據(jù)，證實了愛因斯坦廣義相對論在極端條件下仍然成立。”參與國際合作的中方科學家、中國科學院上海天文臺臺長沈志強說。

分布全球的觀測點組成的虛擬望遠鏡成功“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點組成一個口徑如地球大小的虛擬望遠鏡——黑洞事件視界望遠鏡，順利實現(xiàn)在1.3毫米波長的觀測，并經(jīng)過長期的數(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個射電望遠鏡分布在多個高海拔地區(qū)，包括夏威夷和墨西哥的火山、西班牙的內(nèi)華達山脈、智利的阿塔卡馬沙漠、南極點等。“這些望遠鏡的分辨率相當于能在黑龍江漠河閱讀南沙群島上的一張報紙。”中方科學家、上海天文臺研究員路如森說。

“看”得遠、“看”得清仍然不夠，給黑洞拍照還要“看”得準?！坝^看電視節(jié)目要選對頻道，黑洞影像也必須在合適的波段才能觀測?！甭啡缟f，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。

該國際合作項目負責人、哈佛大學教授謝潑德·多爾曼表示，過去10多年里，技術(shù)的突破、全球天文臺的合作等，讓人類最終打開了一個觀測黑洞的全新窗口。

[多知道點]

“事件視界”和“事件視界望遠鏡”

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”。對這個特殊區(qū)域，人類動用口徑相當于地球直徑的“虛擬望遠鏡”，探尋黑洞留下的種種“蛛絲馬跡”。

根據(jù)著名理論物理學家霍金的理論，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永遠消失，但如果經(jīng)過數(shù)十億年的時間，黑洞可能會“滲出”一些被吸入物質(zhì)的蛛絲馬跡。

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

為了提高望遠鏡空間分辨率，來自全球多個國家30多個研究所的200多名科研人員開展了一項龐大的觀測計劃，他們將分布在全球不同地區(qū)的多個射電望遠鏡組成一個陣列進行聯(lián)合觀測，這就相當于獲得了一個口徑宛如地球大小的巨型望遠鏡，這就是“事件視界望遠鏡”項目。

“事件視界望遠鏡”實際上嘗試觀測的是黑洞的“事件視界”。經(jīng)數(shù)年精心準備，“事件視界望遠鏡”項目的國際科研團隊通力合作，借助分布在世界多地的8個射電望遠鏡聯(lián)合觀測，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

“事實有時候比小說更奇怪，黑洞最能真實體現(xiàn)這一點，它比科幻作家夢想的任何東西都更奇怪?！被艚鹪谧詈笠槐局鳌妒畣枺夯艚鸪了间洝分羞@樣寫道。

時空中的無底深淵、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世紀末。在萬有引力定律提出約百年后，英國科學家約翰·米歇爾在1783年首次提出，可能存在引力強大到連光線也無法逃離的“暗星”。不過，那時天文學家對此討論不多。

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

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

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

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

科學界普遍認為，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”處，其周圍形成一個強大的引力場，在一定范圍之內(nèi)，連光線都無法逃脫。這個邊界稱作“事件視界”，本次發(fā)布黑洞照片的國際組織，就叫做“事件視界望遠鏡”項目。

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

天文學家根據(jù)質(zhì)量將宇宙中的黑洞分成了三類：恒星級質(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，但由于黑洞的引力會吸積物質(zhì)到它附近，周圍通常都有一個吸積盤環(huán)繞。吸積盤非常熱且亮，與黑洞對比明顯，因此可以通過觀測吸積盤來為黑洞拍照。

本刊整理自新華社