众里寻它千百度人类首张黑洞照片究竟
事件视界望远镜(EventHorizonTelescope)是一项国际合作项目，该望远镜是由8架地面射电望远镜组成的一个行星规模阵列，它捕捉到了这张M87星系中心特大质量黑洞及其阴影的图像。(图片：视觉中国)人类终于见到了黑洞的庐山真面目。人类有史以来第一次拍摄到这种难以捉摸的宇宙巨兽，它的“光芒”照亮着一个早已超出我们视野范围的奇异时空领域。昨天，在华盛顿国家新闻俱乐部举行的新闻发布会上，哈佛大学和哈佛-史密森天体物理中心的谢泼德·杜尔曼(SheperdDoeleman)说：“我们已经看到了我们此前认为看不见的东西。”Doeleman指导了事件视界望远镜(EHT)项目，正是该项目捕捉到了这些史诗般的图像。这四张照片昨天在世界各地的新闻发布会和一系列发表的论文中被公诸于世，它们勾勒出了潜伏在椭圆星系M87中心的巨大黑洞的轮廓。这些画面本身就足以令人叹为观止，但研究人员表示，新研究结果可能会开辟的新道路更为重要。在上个月于德克萨斯州奥斯汀举行的西南偏南音乐节(SXSW)上，哈佛大学物理学和科学史教授彼得·加里森(PeterGalison)在EHT演讲中表示：“这确实是一个需要探索的新领域，而这也是这个发现最令人兴奋的地方。”加里森是哈佛大学跨学科黑洞计划(BHI)的联合创始人，他将这些图像的潜在影响与英国科学家罗伯特·胡克(RobertHooke)在17世纪绘制图像的影响进行了比较(那些绘制图像向人们展示了昆虫和植物在显微镜下的样子)。“它打开了一个新的世界，”加里森谈到胡克的作品时说。地球大小的望远镜EHT是一项真正的国际项目，它是一个由多名科学家组成的联合组织，研究时长长达约20年，多年来，组织的研究资金都来自美国国家科学基金会和世界各国的许多其他组织。该项目得名于黑洞著名的“不归点”——视界，在这一边界之内，任何东西，甚至连光都无法逃脱黑洞的引力。哈佛大学天文系主任、BHI创始董事阿维·勒布(AviLoeb)不是EHT团队的成员，但他说：“视界是一堵终极的监狱墙，你一旦进去了，就永远出不来了。”因此，要拍摄黑洞的内部是不可能的，除非你能设法将自己送进黑洞。(当然了，你和你的照片都无法再回到外面的世界。)所以，EHT只能对黑洞事件视界进行成像，绘制出黑洞的黑色轮廓。(快速移动的气体盘绕着黑洞旋转并进入黑洞，释放出大量的辐射，所以这样的轮廓非常显眼。)“我们正在寻找光子损失，”EHT科学委员会成员，亚利桑那大学天文学副教授丹·马伦(DanMarrone)说。该项目一直在仔细研究两个黑洞——其中包括M87星系中心的庞然大物，它的质量是太阳质量的65亿倍;及我们银河系中心的黑洞，人马座A*，后者虽然仍然是一个超大质量的黑洞，但与M87的巨兽相比起来可以说是微不足道，后者只有太阳质量的万倍。因为它们与地球的距离都非常遥远，所以这两个黑洞都是非常棘手的目标。人马座A*距离我们光年，而M87的黑洞距离我们万光年。Doeleman在上个月的西南偏南音乐节上说：在我们看来，人马座A*的视界“非常小，小到就像在地球上看月球表面的一个橙子，或者当你身处纽约的时候看洛杉矶的一张报纸。”地球上没有一架望远镜能做到这一点，所以Doeleman和EHT团队的其他成员不得不发挥一下主观能动性。研究人员将亚利桑那州、西班牙、墨西哥、南极洲和世界其他地方的射电望远镜连接起来，形成了一个地球大小的虚拟仪器。堆积如山的数据EHT团队使用这个巨型望远镜对这两个超大质量黑洞进行了为期两周的研究——一次是在年4月，另一次是年。而这次新图像来自于第一次观测。这个项目花了两年时间才得出第一个结果是有充分理由的。首先，每晚的观测会产生大约1PB的数据，这导致团队不得不以传统的方式将信息从一个地方转移到另一个地方。“我们没有办法通过互联网传输这些数据，”EHT项目科学家、亚利桑那大学天文学教授迪米特里奥斯·瑟蒂斯(DimitriosPsaltis)在西南偏南音乐节上说，“所以，我们只能把硬盘从一个地方快递到另一个地方，这比你用任何电缆传输都要快得多。”当然了，这也减慢了分析的速度并使分析复杂化。例如，来自南极附近EHT望远镜的数据要到年12月才能离开南极洲，因为只有在那时候南极洲的温度才足以让飞机通行，Marrone说。他补充说，关联和校准数据也很棘手，考虑到这一发现的重大意义，研究小组对这项工作非常谨慎。Doeleman在西南偏南音乐节上说：“如果你想要对黑洞成像做出重大声明，你必须有大量的证据，非常有力的证据。”“在我们的项目中，我们经常认为像爱因斯坦(AlbertEinstein)、爱丁顿(ArthurEddington)和史瓦西(KarlSchwarzschild)这样的人在某种程度上一直在监督着我们，”他补充说，他指的是那些帮助我们理解黑洞的物理学家，“当你让杰出科学家们检查你的作品的时候，你会真的想把它做好。”这一切意味着什么瑟蒂斯说，EHT项目有两个主要目标：首次描绘一个视界，并帮助确定爱因斯坦的广义相对论是否需要任何修改。在爱因斯坦出现之前，引力通常被认为是一种神秘的远距离力。但广义相对论将引力描述为是时空的扭曲：行星、恒星和黑洞等大型物体在时空中会产生一种凹陷，就像把保龄球放在蹦床上一样，附近的物体会沿着这条凹陷的曲线向中心物质汇集。在问世以来的一个多世纪里，广义相对论一直颠扑不破，完美地通过了科学家们对它进行的每一项测试。但是EHT的观察则在一个预测与现实可能不相符的极端领域中为广义相对论提供了又一个试验。瑟蒂斯解释说，这是因为天文学家可以利用广义相对论计算出视界的预期大小和形状。瑟蒂斯说，如果观察到的轮廓与理论计算的模拟相符，“那么爱因斯坦就是%正确的。如果答案是否定的话，那么我们必须对他的理论进行调整，使其与实验结果相符。科学就是这样发展的。”而我们今天也知道，广义相对论并不需要任何调整，至少目前不需要：EHT的M87观测结果与广义相对论的预测一致，也就是说，视界几乎是圆形的，而对于质量如此巨大的黑洞来说，它的大小也是“合适的”。滑铁卢大学和加拿大圆周理论物理研究所的EHT团队成员艾弗里·布罗德里克(AveryBroderick)在昨天的新闻发布会上说：“它竟然与我们的预测的结果如此接近我，不得不承认我有点吃惊。”当然，这样的基础事实对科学过程是至关重要的，事实上，提供更好的信息来支持理论和模拟可能是EHT最大的贡献之一，Loeb说。他还说：“研究物理就是与自然对话，我们通过比较实验来检验我们的想法;所以实验数据至关重要。”他和其他研究人员认为，新的研究结果还应该有助于科学家们更好地研究黑洞。例如，EHT图像可能会对气体如何螺旋进入黑洞有重要的启示。人们对这个可能导致产生强大辐射喷流的吸积过程知之甚少。此外，美国宇航局研究黑洞的核光谱望远镜阵列(NuSTAR)任务的首席研究员、加州理工学院的菲奥娜·哈里森(FionaHarrison)说，黑洞视界的形状可以揭示黑洞是否在旋转。哈里森不是EHT团队的成员，但她表示：“我们已经间接地推断出黑洞的自旋，”EHT图像提供了“一个直接的测试，这非常令人兴奋。”团队成员昨天表示，EHT的数据还显示M87黑洞是顺时针旋转的。哈里森说，该项目还将展示物质在黑洞周围的分布情况，EHT的观测结果最终将向天文学家提供大量信息，让他们了解超大质量黑洞如何在长时间尺度上塑造宿主星系的演化。EHT的结果也与激光干涉仪引力波天文台(LIGO)的结果相吻合。LIGO探测到的时空波纹是由黑洞合并产生的，而这些黑洞的质量仅仅只是太阳质量的几十倍。布罗德里克认为：“尽管黑洞的质量在十亿分之一的范围内存在差异，但已知的黑洞都符合一个单一的描述。大小不同的黑洞在许多重要方面是相似的，我们从一种(类型)黑种中学到的东西也必然适用于另一种。”Doeleman在昨天还表示，EHT团队希望不久就能得到超大质量黑洞人马座A*的图像，他解释说，研究人员首先观察M87是因为它比人马座A*更容易观察，因为它在短时间内变化较小。一个新的视角?此外，新发布的图像还有更广泛的吸引力——它吸引了我们这些不是天体物理学家的普通人。EHT团队成员和外部科学家说，这一发现在这一领域的贡献可能是巨大的。照片可以改变我们对自己、以及我们在宇宙中的位置的看法，Marrone还引用了年12月阿波罗8号宇航员比尔·安德斯拍摄的著名“地球升起”的照片，这张照片让大众得以一窥地球的真实面貌——在无尽黑暗之海中的一个孤独生命前哨——这张照片也被广泛认为有助于推动环保运动。哈里森说，看到一个真实存在的黑洞——或者说它的轮廓——“是科幻小说里的情节”，我们目前只看到了项目的头几张照片，她补充说：“未来的照片只会变得越来越好。”
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