人類終於第一次“看”到了黑洞
文/蕭路
4月10日，EHT研究人員召開新聞發布會，發布人類有史以來第一張黑洞照片。（Credit: Event Horizon Telescope Collaboration）
事件視界望遠鏡（EHT）成功拍攝了人類歷史上首張黑洞照片。
EHT是通過全球八個地面射電望遠鏡觀測臺緊密合作而組成的行星規模的觀測陣列，旨在捕捉黑洞的圖像。在4月10日新聞發布會上，EHT研究人員表明他們已經取得了成功，揭開了超大質量黑洞的第一個直接觀測證據。
圖像揭示了星系Messier 87 (M87)中心的超大質量黑洞。這是附近的處女座星系團中的一個巨大而明亮的星系。距離地球有5500萬光年。中心黑洞的質量是太陽的65億倍。
EHT連接全球各地的射電望遠鏡，組成具有前所未有的靈敏度和分辨率的地球大小規模的望遠鏡觀測陣列。這為科學家們提供了一種研究宇宙中最極端物體的新方法。
科學家發現EHT觀測到的黑洞圖像和根據愛因斯坦的廣義相對論的理論模擬計算非常吻合。這是在廣義相對論問世一百年之後對其預言的黑洞現象的第一次直接驗證。
“我們拍攝了第一張黑洞照片，”EHT項目主任、哈佛-史密松天體物理中心(Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics)的Sheperd S. Doeleman說，“這是一個由超過200名研究人員組成的團隊完成的非凡的科學成就。”
黑洞是極為特殊的天體。它質量巨大但尺寸很小，其引力強大到連光速都無法逃離黑洞，甚至可以扭曲時空。
“如果黑洞沈浸在一個明亮的區域，比如放在一團發光的氣體中，廣義相對論預言黑洞會制造一個類似陰影的黑暗區域。這是我們以前無法觀測到的。”EHT科學委員會主席、荷蘭拉德伯德大學(Radboud University)的Heino Falcke教授說，“這個由於黑洞的強大引力造成的光線彎曲以及黑洞事件視界捕獲光線導致的陰影，揭示了黑洞這種奇異天體的本質，並讓我們可以測量M87中心黑洞的巨大質量。”
研究團隊使用了多種校準和成像方法，發現最終得到的圖像中都顯示了一個明亮的環狀結構，而其中心就是一個黑暗的陰影區域。這正是黑洞造成的陰影。
創建EHT的過程非常艱巨而且充滿挑戰。它需要升級和連接部署在全球八個射電望遠鏡觀測臺的同步網絡。它們都位於一些高海拔和人跡罕至的地區，包括夏威夷和墨西哥的火山，亞利桑那州的山脈以及西班牙的內華達山脈，智利的阿塔卡馬沙漠和南極洲。
EHT使用了一種超長基線幹涉測量（VLBI）的技術，該技術使世界各地的望遠鏡設施同步觀測，並利用地球的自轉形成一個巨大的地球尺寸的觀測陣列。EHT的觀測波長為1.3毫米的射電波段，並能達到令人驚嘆的超高分辨率——高達20微秒的角分辨率。這麼高的分辨率足以從巴黎的咖啡館閱讀放在紐約的報紙。
“這是天體物理學的重要日子”，美國國家科學基金會主任科爾多瓦（France Córdova）說，我們終於看到了不可見的東西。
《天體物理學期刊快報》近日特別制作了一期特刊，在一系列六篇論文中宣布了這一歷史性的突破。人類有史以來終於第一次“看”到了黑洞這一神秘天體。
