在過去的幾十年里，天文科學家通過無數(shù)次觀測、復雜的推理演算，試圖證實黑洞的存在。這一次，人類將“直擊”黑洞，以照片為證，直接證實黑洞存在。今晚21點，全球六地(比利時布魯塞爾、智利圣地亞哥、中國上海和臺北、日本東京和美國華盛頓)將以英語、西班牙語、漢語和日語四種語言，通過協(xié)調召開全球新聞發(fā)布會，事件視界望遠鏡(EHT)將發(fā)布人類首張黑洞照片。這是對愛因斯坦廣義相對論的又一極限驗證，也是人類在邁向宇宙的漫漫征途中樹立起的又一里程碑。

首次“對視” 天文界期待已久

首張黑洞照片正在最后“沖洗”中。在它與大家正式見面前，我們不妨回顧下，黑洞是什么?中科院紫金山天文臺研究員韋大明接受本報記者采訪時說，理論上，黑洞是愛因斯坦廣義相對論預言存在的一種天體，它質量超大，且都集中在最中心的“奇點”處，但體積卻很小，奇點在其周圍會形成一個強大的引力場，即便是光也無法逃脫它的勢力范圍，這個勢力范圍就是科學界所說的“事件視界”。

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

“當一個大質量恒星坍塌死亡時，黑洞將在加速輻射中通過一場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，就相當于一場小型的伽馬射線暴。”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，間接證實黑洞存在的方式還有很多，比如通過恒星、氣體的運動推測黑洞的蹤跡，根據(jù)黑洞吸積物質(吃東西)發(fā)出的光判斷其存在等。“然而無論哪一種，過去，我們證實黑洞的方式，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黑洞的存在，無疑是一次極其重大的科學突破。

此次“拍攝”是科學家們的一次實景“描繪”

早在上個世紀70年代，天文界就對黑洞的存在表現(xiàn)出極大的信心。90年代，中國天文學家也開始了對黑洞的觀測和研究。在中科院紫金山天文臺研究員劉四明看來，人們對于黑洞的認知，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，得益于多年來科學界的不懈積累，也歸功于觀測設備的提升。

捕捉到黑洞影像的是事件視界望遠鏡(EHT)，專家告訴我們這其實是個虛擬望遠鏡的概念。中科院上海天文臺臺長沈志強解釋，人類首次“看到”黑洞，是全球天文學家并肩作戰(zhàn)的結果，全球200多位天文科學家聯(lián)合在一起，通過“甚長基線干涉技術”(VLBI) 和全球多個射電天文臺的協(xié)作，構建了一個口徑達到上萬公里(也就是地球這么大)的望遠鏡，來觀測同一個黑洞，并且利用其觀測數(shù)據(jù)繪制出人類歷史上第一張黑洞的照片。經(jīng)過了兩年的時間，這張照片才得以問世。

事實上，此次“拍攝”是科學家們的一次實景“描繪”，和大家想象的按個快門、咔嚓一下的成像并不一樣。“這次所謂的拍攝，其實極大地依賴于天文界對于黑洞的認識。”劉四明向記者解釋“拍攝”的原理，他說，黑洞在把光和物質吸收的同時也會把周圍的物質加熱到極高的溫度，這些高溫物質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光的頻率范圍內，卻可以被我們利用射電望遠鏡觀測到。“利用對這些電磁波的觀測，觀測者可以獲得和黑洞附近高溫物質分布有關的一些物理量，再結合多年來不斷完善的黑洞理論模型，通過模擬觀測過程，模擬量可以和觀測量比對，得到黑洞成像。”劉四明通俗地作了補充，“我們不睜開眼睛，如果用手摸一個物體，也可以摸出來一個物體的形狀和硬度、光滑度等信息。”

全球協(xié)作 邁出探索宇宙重要一步

“從科學研究的歷程來說，這次成果是必然的，從科普角度來看，這張照片的偉大在于，直接證實了黑洞的存在。”劉四明說，這一成果，可以說是整個天文科學的一件“喜事”。

“事件視界望遠鏡”對黑洞人馬座A*的首度“拍照”，是一項大規(guī)模的國際合作研究。沈志強透露：“上海天文臺參與了事件視界望遠鏡之一的位于夏威夷莫納克亞山上的東亞天文臺15米望遠鏡的觀測運行。”此次即將露面的黑洞學名是銀河系中心超大質量黑洞人馬座A*，其質量是太陽質量的400萬倍，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，沈志強領銜的國際天文研究小組，首次將黑洞人馬座A* “鎖定”在1.5億公里直徑的區(qū)域內。2017年，分布在全球六個地方的8個射電望遠鏡(陣)——南極SPT、智利ALMA(陣)和APEX、墨西哥LMT、美國亞利桑那SMT、美國夏威夷JCMT和SMA(陣)、西班牙30米IRAM開始對黑洞人馬座A*進行觀測，捕捉黑洞周圍環(huán)境的清晰圖像。

“由于這些望遠鏡的工作頻率都在230GHz及以上，所以上海的43GHz低頻率天馬望遠鏡不在‘事件視界望遠鏡’之列。” 沈志強說，不過，上海天馬望遠鏡以另一種形式與此次黑洞觀測事件“結緣”，它在“事件視界望遠鏡”觀測前后開展了大量的22GHz和43GHz成圖監(jiān)測，共同構成了對該超大質量黑洞的多波段協(xié)同觀測研究。

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

記者 王夢然 張 宣

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