银河系中心黑洞的首张照片。中科院上海天文台/图

青年报·青春上海记者 刘晶晶  

3年前，人类拍摄的首张黑洞照片亮相。如今，我们得到了第二张黑洞照片，这个黑洞，离我们更近。北京时间2022年5月12日晚9点，事件视界望远镜（EHT）合作组织正式发布了银河系中心黑洞人马座A*（Sgr A*）的首张照片。这是EHT合作组织继2019年发布人类第一张黑洞照片，捕获了位于更遥远星系M87中央黑洞之后的又一重大突破。中科院上海天文台等国内科学家们参与了这一突破性成果的发现。

银河系中心黑洞现“真面目”

此前，诺贝尔物理学奖颁给了“银河系中心大质量致密天体的发现”。当晚EHT发布的照片提供了该超大质量黑洞存在的直接视觉证据。

这是银河系中心超大质量黑洞Sgr A*的首张照片。该照片由分布在地球上的八个射电望远镜组成的、一个等效于地球般大小的虚拟望远镜即EHT所捕获。望远镜以“事件视界”，意为“光线也无法逃脱的黑洞边界”命名。

这是一张期待已久的关于银河系中心的大质量天体的真面目肖像。科学家之前已观测到众多的恒星围绕着银河系中心一个不可见的、致密的和质量极大的天体作轨道运动。这已强烈暗示这个被称作人马座A*（Sagittarius A*：Sgr A*）的天体是一个黑洞，而当天发布的照片则提供了首个直接的视觉证据。

因为黑洞不发光，所以我们看不见黑洞自身，但绕转的发光气体给出了其存在的信号：一个被亮环状结构围绕的暗弱中心区域（称之为阴影）。照片上显现出的（射电）光都是由该黑洞的强大引力弯曲所致，这个黑洞的质量超过了太阳质量的四百万倍。

“我们惊叹于环的大小与爱因斯坦广义相对论预测结果出奇一致。”来自天文与天体物理研究所的EHT项目科学家Geoffrey Bower说，“这些前所未有的观测极大地提升了我们对银河系中心所发生一切的认识，并为了解超大质量黑洞如何与周围环境相互作用提供了全新视角。”EHT团队的研究成果昨天以特刊的形式发表在《天体物理学杂志通信》。

与M87中心黑洞对比图。中科院上海天文台/图

一张照片拍五年因“冲洗”难度大

这是EHT合作组织继2019年发布人类第一张黑洞照片，捕获了位于更遥远星系M87中央黑洞（M87*）之后的又一重大突破。尽管银河系中心的黑洞比M87*小了1500多倍，也轻了1500多倍，但两个黑洞看起来格外相似。因为银河系中心黑洞距离地球有二万七千光年之遥，所以它的大小看上去与从地球上看38万千米远月亮上的甜甜圈大小差不多。

为了给它拍这张照片，研究团队创建了观测利器EHT，由分布在全球六地的八个射电望远镜组成的一个犹如地球那么大的虚拟望远镜。EHT对Sgr A*开展了多个晚上的观测，每次连续采集了好几个小时的数据，就如同相机的长时间曝光。

既然EHT在2017年4月几乎同时观测了M87* 和Sgr A*, 后者的“照片”为什么如此耗时呢？来自上海天文台的研究员路如森介绍说，因为“冲洗”这张照片的技术难度更大。Sgr A*的黑洞照片是研究团队通过将数千张使用不同计算方法得到的图像平均起来生成的，最终得以第一次将隐藏在银河系中心的“巨兽”呈现出来。

上海天文台副研究员江悟也参与了这个过程。“研究团队遍历了极大的成像参数空间，才得以确定这张黑洞照片。”江悟表示。“冲洗”照片的团队来自全球各地，为了有效记录进展，大家都会在一个共享工作簿上更新工作分工。回翻工作簿上的统计记录，他利用上海VLBI天文处理平台的超级计算机完成了不少工作量。

下一步目标是拍摄“黑洞电影”

科学家对最终获得两个不同大小黑洞的照片尤其兴奋，这为他们的对照研究提供了条件。作为离人类最近的超大质量黑洞，Sgr A*为我们提供了一个检验广义相对论和探索黑洞天体物理的独特实验室。随着此次首张银河系中心黑洞照片的发布，后续的工作将通过偏振观测数据来研究该黑洞周围的磁场。

我国科学家长期关注高分辨率黑洞成像研究。2017年EHT全球联合多波段观测期间，上海天文台65米天马望远镜作为东亚VLBI网的主力测站参加了17次对M87和Sgr A*VLBI协同观测，显著提高了东亚VLBI网的观测灵敏度，在微弱信号探测方面发挥作用。

2017年之后，随着新望远镜的加入以及数据记录带宽的不断增加，EHT阵列的灵敏度也在不断得到提升，对Sgr A*这一变源的成像能力在不断增强。未来随着更多亚毫米波望远镜的加入，有望实现对其24小时不间断的接力成像观测，最终能够实现对该黑洞周围物理环境的动态摄像。

“拍摄这样一部银河系中心黑洞的‘电影’，是下一代EHT的追求。”上海天文台台长、EHT合作国内协调人沈志强说：“我们正在规划建设中国的亚毫米波VLBI望远镜，以期参与到对Sgr A*的24小时不间断的接力观测中。” 

青年报·青春上海记者 刘晶晶

编辑:张红叶

来源:青春上海News—24小时青年报