天文学家5月12日公布的银河系中心黑洞首张照片。 新华社

    拍摄黑洞的

    在我们普通大众的印象中，谈到黑洞，最经典的画面是著名科幻电影《星际穿越》中主人公靠近黑洞时看到的那样：周围的物质围绕着中心一个黑色的洞运动，它有着超快的运动速度和超强的磁场，光都无法逃逸，内部能改变时间的流速……就像宇宙中一盏盏耀眼的指明灯。

    北京时间2022年5月12日21点，事件视界望远镜（EHT）团队在全球9个地方共同公布了最新的探究成果——银河系中心黑洞人马座A*（SgrA*），这是时隔三年后，EHT公布的第二张黑洞照片。

    宁波市青少年宫

    天文专任教师 项仕伟 口述

    记者 林涵茜 整理

    黑洞和事件视界望远镜(EHT)是什么？

    黑洞是爱因斯坦在广义相对论中，预言存在于宇宙空间中的一种天体，它是时空曲率大到光（光在真空中每秒传播约30万千米）都无法逃脱的天体。对于离黑洞不同距离处的观测者也是不同的，越靠近黑洞，空间弯曲越大，时间流速越慢，这与中国神话传说中“天上一日，地上一年”有点相似。正因为如此，黑洞的其中一个性质有点类似于中国古代神话传说中的神兽饕餮，吞噬周围的一切物质。

    黑洞按质量可以分为：恒星级黑洞（1-100倍太阳质量）、中等质量黑洞（100-100万倍太阳质量）和超大质量黑洞（100万倍太阳质量以上）三类。恒星级黑洞，是大质量恒星死亡后，引力塌缩形成的，可观测宇宙中数量应该不少，2019年中国科学院国家天文台刘继峰团队利用郭守敬望远镜（LAMOST）发现了70倍太阳质量的黑洞，是目前为止发现的质量最大的恒星级黑洞；超大质量黑洞存在于可观测宇宙范围内的大部分星系中心，它们维持着星系的运转，如2019年4月10日公布的M87星系中心黑洞，它约65亿倍太阳质量；中等质量黑洞介于恒星级黑洞和超大质量黑洞之间，我们不妨理解为它正在吞噬周围的物质，向超大质量黑洞发展，目前发现的数量较少。

    事件视界望远镜(EHT)是一个以观测星系中心超大质量黑洞为主要目标的计划。该计划以甚长基线干涉技术（VLBI）结合世界各地的8架射电望远镜，联合观测同一目标并记录下数据，形成一个口径相当于地球直径的虚拟望远镜，它将望远镜的角分辨率提升至足以观测事件视界（比如黑洞）尺度结构的程度。

    给黑洞拍个照，到底有多难？

    给黑洞“拍照”的难点主要有两个。一是星系中心附近有大量气体尘埃等干扰射电望远镜进行观察。SgrA*的质量大约是太阳的400万倍，距离地球只有约2.7万光年，从宇宙的角度来看，距离地球非常近，并且充满了大量的气体和尘埃遮挡。相比之下，M87*的质量大约是太阳的65亿倍，距离地球约5500万光年，但受到星系尘埃的遮挡很少。黑洞周围的气体均以几乎接近光速绕着SgrA*和M87*高速旋转，然而由于宇宙星系尘埃的干扰，对SgrA*的成像比 M87*的困难得多。这意味着在EHT观测SgrA*时，有点像给一只正在追逐自己尾巴的小狗拍张清晰照片。

    二是视界范围非常小。SgrA*的视界范围只有1200万公里，从地球看，它的视直径（张开的角度）只有50个微角秒（10-6角秒，1角秒=1/3600度），这就好比人在上海看北京的一根头发丝。M87星系的质量更大，中心黑洞的质量也更大，是SgrA*的1500多倍，视界范围是银心黑洞的3000倍，因此即便它们在距离上远了2000倍，但两个黑洞看起来的大小却格外相似。这与地球上看太阳和月球大小差不多的道理类似：地球距离太阳约1.5亿千米，距离月球约38万千米，而太阳的半径是地球的109倍，地球的半径是月球的3.7倍，地月距离、日地距离的比值和月球与太阳半径的比值大致相等，因此，地球上看太阳和月亮，感觉他们大小差不多，但实际上太阳比月球要大得多。

    黑洞探索的意义在哪里？

    给黑洞拍照，对于普通大众来说没有什么特别重大的现实意义，但是对于科学探索来说，却是一个非常重要的研究手段：一、它可以验证爱因斯坦广义相对论中预言中“黑洞”是否存在；二、科学家可以借此探究黑洞周围吸积流物质的运行状态；三、探究黑洞喷流物质的产生机制。

    现在，科学家们已经“看”到了黑洞的存在，通过持续深入的研究发现黑洞和星系核质量之间有着很好的相关性，而且它对于星系中恒星的形成和演化也有着重要意义。星系是宇宙的重要组成部分，所以研究黑洞对于解释宇宙的起源和演化也很重要。研究黑洞的最终目的是为了更好地理解时空的本质，而黑洞作为一个极端的环境，是一个非常好的理论检验场所。

    从现实角度来看，黑洞的研究还是推动社会发展的力量。比如日常生活中随处都在使用的WiFi，就是研究黑洞过程中的发明。研究黑洞，也能为科幻文艺的创作提供更多的素材，比如享誉世界的美国电影《星际穿越》中关于黑洞的展现，就建立在黑洞研究的基础上，对于观众来说是一个非常震撼的视觉体验。

    科学探索永无止境，距离我们真正理解黑洞，还有很远的路要走，我们的征途是星辰大海！