今晚公佈人類首張黑洞圖！為什麼它來得這麼晚？_風聞

本文來源：澎湃新聞

北京時間4月10日晚9點，全球六地（比利時布魯塞爾、智利聖地亞哥、中國上海和台北、日本東京和美國華盛頓）將通過協調召開全球新聞發佈會，事件視界望遠鏡（EHT）將宣佈一項與超大質量黑洞照片有關的重大成果，人類首張黑洞照片即將在全球六地同步發佈。

黑洞這個人類一直試圖去破解的難題，一時間再次成為公眾的焦點。

澎湃新聞記者專門就黑洞和相關的天文知識採訪了中科院國家天文台研究員，中國科學院大學教授，國家天文台恆星級黑洞研究創新小組負責人苟利軍。

電影星際穿越當中的黑洞，周圍的亮環是由氣體構成的吸積盤。圖片來源：電影《星際穿越》

黑洞的面紗在300年時間內逐漸揭開

“簡單來説，黑洞是一個連光線都不能逃脱的緻密黑色球體。”苟利軍介紹，因為其黑洞的質量集中在一個非常小的範圍，但是引力非常強，所以會在周圍形成一片逃逸速度大於光速的區域，這片區域就是大家所説的黑洞。

黑洞自身不發光，難以直接探測，大大小小的望遠鏡對於直接觀測遙遠黑洞力有不逮。苟利軍介紹，為此，科學家們便採用一些間接方式來探測黑洞——比如觀察吸積盤和噴流。

在某些時候，恆星量級（從3個太陽質量到100個太陽質量大小）的黑洞會存在於一個恆星周圍，將恆星的氣體撕扯到它自己身邊，產生一個圍繞黑洞旋轉的氣體盤，即吸積盤。

當吸積氣體過多，一部分氣體在掉入黑洞視界面之前，在磁場的作用下被沿轉動方向拋射出去，形成噴流。

吸積盤和噴流兩種現象都因氣體摩擦而產生了明亮的光與大量輻射，所以很容易被科學家探測到，黑洞的藏身之處也就暴露了。

“根據探測中心天體周圍恆星的運動，科學家推斷在銀河系中心也有一個黑洞存在。”苟利軍舉例説。

事實上，人類對黑洞的探索早在18世紀就開始了，對黑洞的瞭解貫穿了人類科技飛速發展的近300年時間。

18世紀法國科學家拉普拉斯曾提出，在宇宙中有一種天體，它的引力非常強，以至於光線都無法逃脱，他把這類天體稱為“暗星”，苟利軍介紹，這就是科學家對黑洞最原始的想法。

而真正對於黑洞的推導來自愛因斯坦提出的廣義相對論，在廣義相對論提出幾個月後，德國物理學家史瓦西1916年推導出廣義相對論球對稱引力場的嚴格解，還提出了物體的史瓦西半徑的概念。當一顆恆星發生引力坍縮、收縮到這一半徑大小時，就會變成黑洞。

1962年，新西蘭物理學家羅伊·克爾解決了旋轉黑洞（即克爾黑洞）的引力場和時空問題。

但以上僅僅是理論上的研究，人類對於黑洞的觀測始於20世紀60年代末。70年代初，一次偶然的機會，科學家觀測天鵝座X-1 ，發現其X光強度有波動，並推斷其是一個黑洞系統。

苟利軍介紹，到目前為止，銀河系中人類觀察到，並且有精確質量測量的黑洞大約有20個，整個銀河系中可能有上億個黑洞存在。

給黑洞“拍照”的望遠鏡是什麼神器？

發現黑洞不易，給它拍照就更難了。

這次發佈會的通知上，“事件視界望遠鏡（EHT）”的出現無疑讓人十分好奇。什麼是事件視界？事件視界望遠鏡又有什麼特點呢？

根據苟利軍介紹，上個世紀初，愛因斯坦提出的廣義相對論預測黑洞不僅存在，而且還是宇宙中一些極端現象的“幕後推手”。黑洞是一種體積極小、質量極大的天體，具有非常強的引力，在它周圍的一定區域內，連光也無法逃逸出去，這一區域稱為“事件視界”。“事件視界望遠鏡”實際上嘗試觀測的是黑洞的“事件視界”。

苟利軍此前在一篇文章中介紹，2017年的4月5日到14日之間，來自全球30多個研究所的科學家們開展了一項雄心勃勃的龐大觀測計劃，利用分佈於全球不同地區的8個射電望遠鏡陣列組成一個虛擬望遠鏡網絡，人類第一次看到黑洞的視界面。這個虛擬的望遠鏡網絡被稱為“事件視界望遠鏡”（Event Horizon Telescope， EHT），其有效口徑尺寸將達到地球直徑大小。

望遠鏡在全球分佈示意圖，紅點代表望遠鏡所在地。圖片來源：科普中國

其原理是通過甚長基線干涉測量技術（VLBI），科學家用多個天文望遠鏡同時觀測一個天體，模擬一個大小相當於望遠鏡之間最大間隔距離的巨型望遠鏡的觀測效果，它的口徑大小取決於望遠鏡系統中最遠的兩個望遠鏡之間的距離，而口徑越大，分辨率越高，細節也就越清晰。

那麼如何選擇拍攝對象呢？苟利軍介紹，為了更利於觀測，科學家在選定時會傾向於選擇視大小更大的單位，最終確定了銀河系中心黑洞Sgr A*和位於星系M87中的黑洞最為拍攝對象。

位於智利的阿塔卡馬大型毫米波陣（ALMA）望遠鏡 圖片來源：科普中國

對於這次發現的意義，苟利軍認為，最直接的意義就在於人類第一次直接確認了黑洞的存在，“此前有很多間接證據證明黑洞的存在，但不排除還有一絲是其他星體的可能性，這次的發現就能直接説明黑洞的存在。”

對於黑洞研究的下一步方向，苟利軍認為，科學家可能會進一步提高黑洞照片的清晰度，“這樣我們也可以去更進一步瞭解黑洞周圍的環境。”此外，他認為，黑洞周圍氣體的運動也將是科學家進一步探索的方向之一。