0
來自M87星系首張真實黑洞圖像，人類認識黑洞一百年來首次目睹黑洞的真容。
雷鋒網按：在看了無數張計算機模擬或者手工繪制的黑洞圖像后，我們，人類終于看到了首張真實黑洞的特寫。
北京時間4月10日21點整，由全球30多個研究單位組成的事件視界望遠鏡（EHT）團隊在上海、臺北、東京、布魯塞爾、圣地亞哥和華盛頓六地以漢語、日語、西班牙語和英語同步進行新聞發布會，宣布了人類首張黑洞照片及相關研究成果。這是人類認識黑洞一百年來首次目睹黑洞的真容。
黑洞，簡單來講，就是一個質量非常大的天體，它所產生的引力之強大即使連光子都不能逃出來；所有的物質（包括光子）只要進入到一定距離范圍內將永遠也逃不出來，恰如在宇宙空間中一個黑咕隆咚的洞。我們稱這個連光子都無法逃出的邊界為“事件視界”。
由于連光都無法逃逸，我們也就無法直接觀測到黑洞。但道路千萬條，我們可以通過間接的方式。比如說，當一顆恒星離黑洞比較近時，恒星的物質就會被吸向黑洞，在黑洞周圍形成一個高速運動的吸積氣盤，盤中氣體劇烈摩擦發熱，從而發出X射線。借由對這類X射線的觀測，天文學家便可以間接地發現黑洞了。
吸積盤圖
當然，黑洞的觀測并不是這么容易。有人估計過去100億年中銀河系平均每100年有一顆超新星爆炸，而每100個中有1顆將導致黑洞形成，按照這種算法那么銀河系應該有100萬個恒星級黑洞。但截至目前為止天文學家能夠確認的只有20多個。其中較為著名的包括銀河系中心的人馬座A*（也是這次事件的主角之一）、天鵝座X-1、SN1979C等。
人馬座A*（中央）與兩個光回波
人馬座，也即我們所熟知的“射手座”。銀河系的銀心正是在人馬座A的方向。人馬座A*（簡寫為Sgr A*）是位于銀河系銀心一個非常光亮及致密的無線電波源，大約每11分鐘旋轉一圈，屬于人馬座A的一部分。天文學家花費了很大的力氣最終證實人馬座A*是一顆特大質量黑洞，其直徑4400萬公里（是太陽的17倍），質量大概是400萬個太陽質量。聽起來似乎很大，但要知道它離我們有25000光年之遠，從地球望去幾乎相當于去看月球上的一顆橙子。
盡管如此，它已經是我們已知黑洞中離我們最近的一個了，因此也成為研究黑洞的最佳選項。
M87星系是巨大的橢圓星系，其中心是一個巨大黑洞。藍色部分是M87星系正以近乎光的速度向外界拋射物質噴流，且長度達5000光年
我們的另一個主角M87星系黑洞，是位于M87星系（在室女座，也即我們通常所說的“處女座”）的一個巨大黑洞，其質量大概是30~60億個太陽質量（具體數據各家論述不同）。在同類天體中，已知它是其中質量最大之一。它與我們太陽系的距離約5000萬光年。研究人員認為這個黑洞很有可能是在過去某段時間里由幾百個小黑洞融合而成。相比而言，銀河系中心的Sgr A*簡直就太小了。
之所以選定這兩個黑洞作為觀測目標，顯然主要是因為它們的大小和距離。其他黑洞因為距離地球太遠或者質量較小，觀測難度較大。
在2015年，人類首次通過 LIGO “聽到”兩個黑洞相互繞轉合并所產生的引力波，但是一些科學家覺得若不能親眼目睹黑洞真容終歸是一個遺憾。然后想要觀測黑洞，依靠目前任何單個望遠鏡都是不可能做到的，因為口徑較小，空間分辨率不夠。若想滿足足夠的分辨率，必須要有超大口徑的望遠鏡才行，如果能有一個地球這么大口徑的望遠鏡當然是好的，但顯然不切實際。
一種解決方式就是，將分布于全球的多個望遠鏡結合起來，同時去觀測同一個天體，然后將數據融合在一起，在效果上將等同于一臺地球大小口徑的望遠鏡了。于是便有了利用分布于全球不同地區的8個設點望遠鏡陣列組成一個虛擬望遠鏡網絡，這個虛擬望遠鏡網絡被稱為“事件視界望遠鏡”（EventHorizon Telescope, EHT）。
EHT
這8個望遠鏡分布于全球各地，包括：
南極望遠鏡（South Pole Telescope）；
位于智利的阿塔卡馬大型毫米波陣(Atacama Large MillimeterArray，ALMA)；
位于智利的阿塔卡馬探路者實驗望遠鏡（Atacama PathfinderExperiment）；
墨西哥的大型毫米波望遠鏡（Large Millimeter Telescope）；
位于美國亞利桑那州的（Submillimeter Telescope）；
位于夏威夷的麥克斯韋望遠鏡（James Clerk MaxwellTelescope，JCMT）；
位于夏威夷的亞毫米波望遠鏡（Submillimeter Array）；
位于西班牙的毫米波射電天文所的30米毫米波望遠鏡。
這八個有單一的望遠鏡，如南極望遠鏡和夏威夷的麥克斯韋望遠鏡；也有望遠鏡陣列，例如ALMA望遠鏡是由70多個小望遠鏡構成。
麥克斯韋望遠鏡
阿塔卡馬大型毫米波陣
在使用EHT進行觀測之前，天文學家們利用多個地方的望遠鏡對Sgr A* 和M87黑洞進行了實驗性質的聯合觀測，結果盡管沒能看清黑洞的視界面，但也探測到了黑洞中心區域的輻射，這不由得讓天文學家們興奮不已。
隨后，在2017年4月5日至14日，來自全球30多個研究所的科學家們在8個地方同時進行了正式的觀測。這10天是非常寶貴的，因為一方面每臺望遠鏡的觀測時間排班表往往都是滿滿各種各樣的觀測計劃，另一方面觀測必須在所有望遠鏡所在地天氣晴朗的條件下進行。對于2017年來講，留給EHT團隊的人只有10天的觀測窗口。
事實上，本次觀測只進行了4-5天，其中兩個晚上用來觀測銀河系中心黑洞Sgr A*，剩下的時間用來觀測星系M87黑洞。
然而拍照容易，“洗照片”卻很難。8個地方的射電望遠鏡，平均來講每臺每秒產生8GB的數據，一晚上差不多有1PB（1PB=1000000GB），對于這樣的數據現有的互聯網傳輸速度根本跟不上，因此科學家們必須先把數據存到硬盤，然后再空運到美國Haystack天文臺和德國馬普射電所。
第一排：根據相對論計算的黑洞仿真模型；第二排：根據仿真模型計算出的預期 EHT 觀測成像
在這兩個研究單位，有數十名數據處理專家仔細地校準數據。然后他們分成四個小組，分別對數據進行校驗、生成圖像。當然，過程中會生成大量相關的圖像，他們必須從中找出最匹配數據的那張；另一方面各個小組之間生成的圖像還需要交叉檢驗，這就像偵探破案一般。這一過程，花了將近兩年的時間。
這個項目前前后后經過了幾年的準備、觀測和對數據處理渲染，最終于今天發布了 M87 星系黑洞的圖像。盡管我們看到的圖像仍稍顯模糊，但我們人類終究看到了真實黑洞的樣子，而不再停留在想象當中。
雷峰網原創文章，未經授權禁止轉載。詳情見轉載須知。
