在過(guò)去的幾十年里，天文科學(xué)家通過(guò)無(wú)數(shù)次觀測(cè)、復(fù)雜的推理演算，試圖證實(shí)黑洞的存在。這一次，人類將“直擊”黑洞，以照片為證，直接證實(shí)黑洞存在。今晚21點(diǎn)，全球六地(比利時(shí)布魯塞爾、智利圣地亞哥、中國(guó)上海和臺(tái)北、日本東京和美國(guó)華盛頓)將以英語(yǔ)、西班牙語(yǔ)、漢語(yǔ)和日語(yǔ)四種語(yǔ)言，通過(guò)協(xié)調(diào)召開(kāi)全球新聞發(fā)布會(huì)，事件視界望遠(yuǎn)鏡(EHT)將發(fā)布人類首張黑洞照片。這是對(duì)愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論的又一極限驗(yàn)證，也是人類在邁向宇宙的漫漫征途中樹(shù)立起的又一里程碑。

首次“對(duì)視” 天文界期待已久

首張黑洞照片正在最后“沖洗”中。在它與大家正式見(jiàn)面前，我們不妨回顧下，黑洞是什么?中科院紫金山天文臺(tái)研究員韋大明接受本報(bào)記者采訪時(shí)說(shuō)，理論上，黑洞是愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論預(yù)言存在的一種天體，它質(zhì)量超大，且都集中在最中心的“奇點(diǎn)”處，但體積卻很小，奇點(diǎn)在其周圍會(huì)形成一個(gè)強(qiáng)大的引力場(chǎng)，即便是光也無(wú)法逃脫它的勢(shì)力范圍，這個(gè)勢(shì)力范圍就是科學(xué)界所說(shuō)的“事件視界”。

由于黑洞自身不發(fā)光，難以探測(cè)，所以過(guò)去的幾十年間，天文科學(xué)家一直在用間接的方法證明它的存在。韋大明就是通過(guò)觀測(cè)、研究伽馬射線暴來(lái)間接證明黑洞的存在，這一次，人類直接“對(duì)視”黑洞，獲得其影像，讓他激動(dòng)不已。“過(guò)去，通過(guò)觀測(cè)到的許多現(xiàn)象，基本證實(shí)，在很多星系的中心，都存在超大質(zhì)量的黑洞。”韋大明解釋，盡管科學(xué)家沒(méi)有看到黑洞的廬山真面目，但通過(guò)它吸積周圍物質(zhì)釋放的巨大能量，可以推斷黑洞的存在。

“當(dāng)一個(gè)大質(zhì)量恒星坍塌死亡時(shí)，黑洞將在加速輻射中通過(guò)一場(chǎng)猛烈的爆炸灰飛煙滅，在一瞬間輻射完剩余的所有能量，這在外界看來(lái)，就相當(dāng)于一場(chǎng)小型的伽馬射線暴。”韋大明一直在觀察和記錄“伽馬射線暴”這一現(xiàn)象，并從理論上推斷，這是由黑洞引起的。

除了伽馬射線暴外，間接證實(shí)黑洞存在的方式還有很多，比如通過(guò)恒星、氣體的運(yùn)動(dòng)推測(cè)黑洞的蹤跡，根據(jù)黑洞吸積物質(zhì)(吃東西)發(fā)出的光判斷其存在等。“然而無(wú)論哪一種，過(guò)去，我們證實(shí)黑洞的方式，都是間接和推算。”韋大明表示，此次獲得黑洞的影像，是人類首次直接證實(shí)黑洞的存在，無(wú)疑是一次極其重大的科學(xué)突破。

此次“拍攝”是科學(xué)家們的一次實(shí)景“描繪”

早在上個(gè)世紀(jì)70年代，天文界就對(duì)黑洞的存在表現(xiàn)出極大的信心。90年代，中國(guó)天文學(xué)家也開(kāi)始了對(duì)黑洞的觀測(cè)和研究。在中科院紫金山天文臺(tái)研究員劉四明看來(lái)，人們對(duì)于黑洞的認(rèn)知，在這近30年里不斷變得完善、清晰，此次首次獲得黑洞的照片，得益于多年來(lái)科學(xué)界的不懈積累，也歸功于觀測(cè)設(shè)備的提升。

捕捉到黑洞影像的是事件視界望遠(yuǎn)鏡(EHT)，專家告訴我們這其實(shí)是個(gè)虛擬望遠(yuǎn)鏡的概念。中科院上海天文臺(tái)臺(tái)長(zhǎng)沈志強(qiáng)解釋，人類首次“看到”黑洞，是全球天文學(xué)家并肩作戰(zhàn)的結(jié)果，全球200多位天文科學(xué)家聯(lián)合在一起，通過(guò)“甚長(zhǎng)基線干涉技術(shù)”(VLBI) 和全球多個(gè)射電天文臺(tái)的協(xié)作，構(gòu)建了一個(gè)口徑達(dá)到上萬(wàn)公里(也就是地球這么大)的望遠(yuǎn)鏡，來(lái)觀測(cè)同一個(gè)黑洞，并且利用其觀測(cè)數(shù)據(jù)繪制出人類歷史上第一張黑洞的照片。經(jīng)過(guò)了兩年的時(shí)間，這張照片才得以問(wèn)世。

事實(shí)上，此次“拍攝”是科學(xué)家們的一次實(shí)景“描繪”，和大家想象的按個(gè)快門、咔嚓一下的成像并不一樣。“這次所謂的拍攝，其實(shí)極大地依賴于天文界對(duì)于黑洞的認(rèn)識(shí)。”劉四明向記者解釋“拍攝”的原理，他說(shuō)，黑洞在把光和物質(zhì)吸收的同時(shí)也會(huì)把周圍的物質(zhì)加熱到極高的溫度，這些高溫物質(zhì)可以在很多頻段上發(fā)射電磁波，雖然這些輻射并不在可見(jiàn)光的頻率范圍內(nèi)，卻可以被我們利用射電望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)到。“利用對(duì)這些電磁波的觀測(cè)，觀測(cè)者可以獲得和黑洞附近高溫物質(zhì)分布有關(guān)的一些物理量，再結(jié)合多年來(lái)不斷完善的黑洞理論模型，通過(guò)模擬觀測(cè)過(guò)程，模擬量可以和觀測(cè)量比對(duì)，得到黑洞成像。”劉四明通俗地作了補(bǔ)充，“我們不睜開(kāi)眼睛，如果用手摸一個(gè)物體，也可以摸出來(lái)一個(gè)物體的形狀和硬度、光滑度等信息。”

全球協(xié)作 邁出探索宇宙重要一步

“從科學(xué)研究的歷程來(lái)說(shuō)，這次成果是必然的，從科普角度來(lái)看，這張照片的偉大在于，直接證實(shí)了黑洞的存在。”劉四明說(shuō)，這一成果，可以說(shuō)是整個(gè)天文科學(xué)的一件“喜事”。

“事件視界望遠(yuǎn)鏡”對(duì)黑洞人馬座A*的首度“拍照”，是一項(xiàng)大規(guī)模的國(guó)際合作研究。沈志強(qiáng)透露：“上海天文臺(tái)參與了事件視界望遠(yuǎn)鏡之一的位于夏威夷莫納克亞山上的東亞天文臺(tái)15米望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)運(yùn)行。”此次即將露面的黑洞學(xué)名是銀河系中心超大質(zhì)量黑洞人馬座A*，其質(zhì)量是太陽(yáng)質(zhì)量的400萬(wàn)倍，它的大小與水星軌道的大小相似，距離地球約26000光年。

早在2005年，沈志強(qiáng)領(lǐng)銜的國(guó)際天文研究小組，首次將黑洞人馬座A* “鎖定”在1.5億公里直徑的區(qū)域內(nèi)。2017年，分布在全球六個(gè)地方的8個(gè)射電望遠(yuǎn)鏡(陣)——南極SPT、智利ALMA(陣)和APEX、墨西哥LMT、美國(guó)亞利桑那SMT、美國(guó)夏威夷JCMT和SMA(陣)、西班牙30米IRAM開(kāi)始對(duì)黑洞人馬座A*進(jìn)行觀測(cè)，捕捉黑洞周圍環(huán)境的清晰圖像。

“由于這些望遠(yuǎn)鏡的工作頻率都在230GHz及以上，所以上海的43GHz低頻率天馬望遠(yuǎn)鏡不在‘事件視界望遠(yuǎn)鏡’之列。” 沈志強(qiáng)說(shuō)，不過(guò)，上海天馬望遠(yuǎn)鏡以另一種形式與此次黑洞觀測(cè)事件“結(jié)緣”，它在“事件視界望遠(yuǎn)鏡”觀測(cè)前后開(kāi)展了大量的22GHz和43GHz成圖監(jiān)測(cè)，共同構(gòu)成了對(duì)該超大質(zhì)量黑洞的多波段協(xié)同觀測(cè)研究。

黑洞的首張照片，是人類認(rèn)知黑洞的重要一步，但也僅僅是個(gè)開(kāi)始。未來(lái)，有關(guān)黑洞的更多謎團(tuán)，還在等待人類“解鎖”。“比如黑洞釋放出的‘噴流’，我們一直沒(méi)有弄清它的成因。”在劉四明看來(lái)，“看到”更遠(yuǎn)、更多的黑洞，增加對(duì)黑洞的了解，將有助于我們理解星系的演化、衍生，從而樹(shù)立起更完整、更豐富的“宇宙觀”。

記者 王夢(mèng)然 張 宣