銀河系中心超大質量黑洞首次“露面”

　　北京時間5月12日，在包括上海在內的全球多地同時召開的新聞發布會上，天文學家向人們展示了位于銀河系中心的超大質量黑洞的首張照片（見上圖，事件視界望遠鏡合作組織供圖）。這一成果給出了該天體就是黑洞的實證，為理解這種被認為居于大多數星系中心的“巨獸”的行為提供了寶貴的線索。該照片由事件視界望遠鏡（EHT）合作組織這一國際研究團隊，通過分布在全球的射電望遠鏡組網“拍攝”而成。

　　“組合”全球望遠鏡拍照

　　廣義相對論預言，雖然黑洞本身不發光，但因為黑洞的存在，周圍時空彎曲，氣體被吸引下落。氣體下落至黑洞的過程中，引力能轉化為光和熱，因此氣體被加熱至數十億攝氏度。黑洞就像沉浸在一片類似發光氣體的明亮區域內，看起來就像陰影，陰影周圍環繞著一個由吸積或噴流輻射造成的如新月狀的光環。

　　中國科學院上海天文臺研究員路如森說：“對黑洞陰影的成像將提供黑洞存在的直接視覺證據。這就必須要保證望遠鏡足夠靈敏，能分辨的細節足夠小，從而保證看得到和看得清。”

　　但滿足上述所有條件，望遠鏡的口徑需要像地球直徑長度。然而，目前地球上已有的單個望遠鏡最大口徑也只有500米。該怎么辦？天文學家們想到了一個好辦法——強強聯合。把地球上現有的一些望遠鏡“組合”起來，就能夠形成一個口徑如地球直徑長度的“虛擬”望遠鏡，其所達到的靈敏度和分辨力都是前所未有的。于是，全球超過200名科學家達成了“事件視界望遠鏡”這一重大國際合作計劃，決定利用甚長基線干涉測量技術。

　　中科院上海天文臺臺長、研究員沈志強說：“這一技術就是利用多個位于不同地方的望遠鏡在同一時間進行聯合觀測，最后將數據進行相關性分析之后合并，在射電波段已相當成熟。”距離地球有2.7萬光年之遙的銀河系中心黑洞人馬座A＊照片，最終就是由分布在全球六地的8個射電望遠鏡組成的一個猶如地球那么大的虛擬望遠鏡拍攝而成的。

　　提供了直接視覺證據

　　科學家之前已觀測到眾多的恒星圍繞著銀河系中心一個不可見的、致密的和質量極大的天體作軌道運動。這已強烈暗示這個被稱作人馬座A＊（Sagittarius A＊：Sgr A＊）的天體是一個黑洞，而今天發布的照片則提供了首個直接的視覺證據。

　　路如森說：“事件視界望遠鏡對Sgr A＊開展了多個晚上的觀測，每次連續采集了好幾個小時的數據，就如同相機的長時間曝光。”

　　盡管Sgr A＊離我們更近，但這項成果的得來卻比M87＊艱難得多。路如森解釋，黑洞周圍的氣體均繞著Sgr A＊和M87＊高速旋轉。氣體繞轉M87＊一周需要幾天到數周時間，但對于相對小很多的Sgr A＊來說，幾分鐘內氣體即可繞轉一周。“這意味著就在EHT觀測Sgr A＊之時，該超大質量黑洞周圍繞轉氣體的亮度和圖案也在時刻快速變化著，這對拍照的技術和水平提出了考驗。

　　為此，研究人員不得不開發新的工具來考慮圍繞Sgr A＊的氣體運動。Sgr A＊的照片是研究團隊提取出的不同照片平均后的效果，最終展現關于我們銀河系中心的超大質量天體真面目的肖像。

　　未來要對準更多目標源

　　2019年4月10日，事件視界望遠鏡合作組織曾公布人類歷史上拍攝的第一張黑洞照片。這一形狀酷似“甜甜圈”的黑洞被稱為M87＊，其直接成像幫助人類確認了“黑洞”的存在，也驗證了愛因斯坦廣義相對論的正確性。

　　2021年3月24日，事件視界望遠鏡合作組織又公布了黑洞在偏振光中的珍貴影像資料。不僅在黑洞首次成像的基礎上提高了清晰度，同時發現黑洞周圍有一個密度較小、厚度更大的“蓬松”環，而不是一個高密度的薄盤。

　　相比于2017年，事件視界望遠鏡合作組織在2018年已經增加了3個新的臺站。事件視界望遠鏡的持續擴展和技術革新將使得科學家可以分享更引人注目的照片，包括在不久的將來的黑洞“電影”。

　　“拍攝一部銀河系中心黑洞的‘電影’，是下一代事件視界望遠鏡的追求。”沈志強說，“我們正在規劃建設中國的亞毫米波VLBI望遠鏡，以期參與到對Sgr A＊的24小時不間斷的接力觀測中。”

　　我國科學家長期關注高分辨率黑洞成像研究。此次的事件視界望遠鏡合作中，我國科學家積極參與早期事件視界望遠鏡國際合作的共同推動、事件視界望遠鏡觀測時間的共同申請、夏威夷JCMT望遠鏡的觀測運行、后期數據處理分析等。

　　沈志強說：“我們還將望遠鏡對準其他目標源，制作更多‘甜甜圈’。因其他‘甜甜圈’更迷你，所以需要更高的角分辨率，建設空間望遠鏡可以實現這一目標。”

　　“未來，我們非常希望能夠參與到下一代事件視界望遠鏡的國際合作中，能夠做出更大貢獻。在觀測和理論方面，我們都會有一定的部署和計劃。”中科院上海天文臺副臺長袁峰說。