刷屏黑洞照片背后，有17名中國科學家

豐色 2022-05-13 13:55:34 來源：量子位

昨晚，一個“甜甜圈”在朋友圈和各大網(wǎng)站上刷屏了。

這就是銀河系中離我們最近的超大質(zhì)量黑洞的首張留影。

全世界300多名天文學家們（17位來自中國大陸）花了足足5年，才總算搞清楚它長什么樣。

這一突破性成果在全球各地（包括上海）同時召開的新聞發(fā)布會公布于眾。

它除了視覺上“實錘”了上世紀70年代科學們就提出的“銀河系中心存在一個超大質(zhì)量黑洞”的推測，也為理解這種居于大多數(shù)星系中心的“巨獸”的行為提供了寶貴的線索。

△ 銀河系中心

那么，它究竟如何而來，又為什么要花這么久？

離人類最近的黑洞照片

很多人看到它的第一眼，都是怎么這么眼熟。

因為它和人類拍到的第一張黑洞照片確實有點像。

人類首張黑洞照片于2019年誕生，拍到的是離我們非常遙遠的M87星系中心的超大質(zhì)量黑洞，它來自河外星系的室女座星系團，質(zhì)量是太陽的65億倍，距離地球5500萬光年。

現(xiàn)在這張照片里的黑洞離地球更近，拍攝過程也經(jīng)歷了更多困難，結(jié)果是通過數(shù)千張照片進行分析取平均得來的。

它就處于銀河系最中心，學名叫“人馬座A”，距離地球僅2.7萬光年，質(zhì)量為太陽的400萬倍，被認為是*研究黑洞物理的最佳目標。

人類發(fā)現(xiàn)宇宙最大的恒星r136a1，質(zhì)量也只是太陽的265-315倍。

至于為什么這兩個黑洞處于兩個完全不同的星系，但呈現(xiàn)的樣子卻差不多，科學家表示，這說明黑洞周圍物質(zhì)都被廣義相對論這種相同的物理過程控制。

黑洞作為一個看不見的致密天體，由恒星一路從白矮星、中子星演變而來，在1916年首次被德國天文學家發(fā)現(xiàn)。

在我們所處的銀河系中，就存在上億個黑洞，超質(zhì)量黑洞則有數(shù)百萬個。

上世紀60年代，天文學家推測銀河系的中心存在著一個超大質(zhì)量的黑洞，作為類星體產(chǎn)生巨大能量的“隱形引擎”。

類星體，就是類似恒星的星體，其射電源釋放出的能量是包含千億顆恒星的銀河系的1000多倍。

70年代，科學家發(fā)現(xiàn)銀河系中心確實存在著存在致密射電核。

從90年代開始，世界各地的科學家開始就利用周圍的恒星運動測量其存在。

2020年，美國和德國三位科學家因為確立了黑洞可在廣義相對論理論框架下形成的理論，以及觀測到了這個與推測相符合的超大質(zhì)量致密天體，獲得了諾貝爾物理學獎。

距離更近，為什么更難拍到？

黑洞雖然很大（直徑4400萬公里），但離地球?qū)嵲谔h。

為了一睹其真面目，2017年，國際研究團隊事件視界望遠鏡（EHT）合作組織開始將分布在包括南極在內(nèi)的不同地方的8臺毫米波望遠鏡聯(lián)網(wǎng)，組成相當于地球直徑的虛擬望遠鏡（地球直徑1萬2千多公里）進行拍攝。

具體來說，利用甚長基線干涉測量技術(shù)，科學家們在地球上記錄無線電波到達的信號，并用高精度的原子鐘進行同步。

有了來自不同觀測站望遠鏡的數(shù)據(jù)，科學家們就能重建出一幅發(fā)生在數(shù)萬光年之外的圖像。

大家可能還記得第一張黑洞照片也是這個組織拍到的。

不過它們都同時于2017年開拍，為什么這個黑洞多花了3年？而且還在這個黑洞的距離離地球這么近的情況下。

原因其實有很多，比如：

1、相比M87星系中心黑洞的質(zhì)量太小，導(dǎo)致它周圍物質(zhì)運動的速度要快很多。這就導(dǎo)致原本好幾天時間里的變化，現(xiàn)在變成了在幾分鐘左右內(nèi)就會發(fā)生，所以觀測難度更大。

2、尺寸太小，導(dǎo)致其事件視界小而暗淡，對事件視界望遠鏡的觀測提出了更高的要求。

所謂“事件視界”就是指黑洞中光線無法逃出的范圍，在“事件視界”之外的光線會被彎曲，但是有幾率逃出黑洞引力的“魔爪”，讓我們得以看見黑洞。

3、活躍度更低，此黑洞大概1000年才能吞噬一倍太陽質(zhì)量的物質(zhì)，開疆擴土的效率僅是M87星系黑洞的百分之一。這就導(dǎo)致它的吸積盤光芒較弱，很難被望遠鏡捕獲。

靠近黑洞的物質(zhì)落入其中之時，會形成像排水孔周圍一樣的漩渦，稱為吸積盤。在這個過程中，氣體因引力勢能得到釋放被加熱到幾百萬度，發(fā)出強烈的光。

4、周圍環(huán)境的干擾更多，主要是此黑洞所在的銀河系中心區(qū)域，星光繚繞，塵埃密布，會遮擋射電望遠鏡的觀測視線。

由此可見，這張照片的來之不易。

但這只是天文學家們未來研究中的一小步，EHT還將拍攝氣體繞轉(zhuǎn)黑洞的動態(tài)過程，嘗試對愛因斯坦廣義相對論進行驗證、探索黑洞周圍的物質(zhì)吸積和噴流的形成及傳播等等。

最后，需要提到的是，來自上海天文臺、華科大、上交大、中科大以及南京大學的我國17名科學家作為EHT的一員，也參與了這張照片的拍攝，負責了理論分析等方面的工作。

△ 圖源極目新聞

參考鏈接：
[1]https://weibo.com/tv/show/1042211:4768462845968423?from=old_pc_videoshow
[2]https://mp.weixin.qq.com/s/zKNJBMqCNrF5GFPzQmEzfg