北京時間4月10日21點整，天文學家召開全球新聞發(fā)布會，宣布首次直接拍攝到黑洞的照片。這張照片來之不易，為了得到這張照片，天文學家動用了遍布全球的8個毫米/亞毫米波射電望遠鏡，組成了一個所謂的“事件視界望遠鏡”（Event Horizon Telescope，縮寫EHT）。

從2017年4月5日起，這8座射電望遠鏡連續(xù)進行了數(shù)天的聯(lián)合觀測，隨后又經(jīng)過2年的數(shù)據(jù)分析才讓我們一睹黑洞的真容。這顆黑洞位于代號為M87的星系當中，距離地球5300萬光年之遙，質量相當于60億顆太陽。

黑洞是不是“洞”

1915年，物理學家愛因斯坦發(fā)表廣義相對論，提出了一個大膽的假設：宇宙中存在一種引力和密度都無限大的宇宙天體——黑洞。在它周圍一定區(qū)域內，有個連光線也無法逃離的勢力范圍，這一勢力范圍叫作“事件視界”。

但在相當長一段時期內，黑洞預言無法被證實。這一看不見、摸不著，卻長久以來存在于科學家們想象和推算中的神秘天體，究竟是否存在？

目前，天文學家普遍相信黑洞確實存在于宇宙之中，質量天文學家將宇宙中的黑洞分成三類：恒星級質量黑洞（幾十倍至上百倍太陽質量）、超大質量黑洞（幾百萬倍太陽質量以上）和中等質量黑洞（介于兩者之間）。而且，超大質量黑洞存在于幾乎所有星系的中心。

如何給黑洞“拍照”

欲睹黑洞“芳容”，全世界科學家翹首以待了許久，因為給黑洞“拍照”太難。

為揭開黑洞的神秘面紗，2017年，一項黑洞觀測計劃，即“事件視界望遠鏡”（EHT）計劃正式啟動。

黑洞本身的確是不發(fā)光的，但是這種被極度壓縮的完全黑暗的天體，因為強引力的特性可以讓時空彎曲，并吞噬周圍的氣體。在此過程中，氣體的引力能轉化成熱能，氣體的溫度變得很高，進而發(fā)出強烈的輻射。而在這些明亮的氣體襯托下，黑洞會產(chǎn)生一個黑洞剪影，這一剪影就是我們能看到的最接近黑洞本身的圖像。

剪影和發(fā)光的氣體之間會有一個分界，也就是事件視界。事件視界比黑洞陰影的尺寸小，大小約400億千米視界之內，我們無法看到，但對事件視界進行拍照，黑洞的樣子也就勾勒出來了。

按照EHT計劃，全世界200多位科學家組成空前龐大的“戰(zhàn)斗陣營”，利用全球多地的8個亞毫米射電望遠鏡及其陣列，組成一個虛擬的望遠鏡網(wǎng)絡，即“事件視界望遠鏡”，同時對黑洞展開觀測。

何以如此興師動眾？

因為黑洞距離我們太過遙遠，無論哪一單個望遠鏡都只能望洋興嘆。形象點說，望遠鏡若想看到黑洞的事件視界，好比我們人類站在地球去看月球上的一個橙子。困難程度可想而知。M87中心的黑洞質量巨大，又相對接近我們，是地球上看過去角直徑最大的黑洞之一，也因此成為EHT的一個完美目標。

“事件視界望遠鏡”的分辨率可以達到多少？一般來說口徑越大分辨率越高。

要想看清楚黑洞視界面的細節(jié)，視界面望遠鏡的空間分辨率要達到足夠高才行。為此，EHT觀測使用了甚長基線干涉測量（VLBI）技術，觀測波段是1.3毫米。世界各地的射電望遠鏡同步觀測，同時利用地球自轉，形成一個口徑如地球大小的虛擬望遠鏡，分辨率約20微角秒。

虛擬望遠鏡成功組合只是第一步。這些望遠鏡分布在各種具有挑戰(zhàn)性的高海拔地區(qū)。在平原上由于信號弱不適合觀測，這些望遠鏡所在的地區(qū)大多是海拔三四千米的山區(qū)，空氣稀薄，若在上面連續(xù)觀測，對工作人員來說是項挑戰(zhàn)。

但是更大的挑戰(zhàn)來自于天氣。因為只有這8個望遠鏡及其陣列同時順利觀測到黑洞，才能達到最高的靈敏度和最大的空間分辨率。而現(xiàn)實是，留給科學家們觀測的窗口期非常短暫，每年大約只有10天。

“以夏威夷地區(qū)為例，去年有兩次觀察期，天氣很好，非常適合觀測。”研究人員說。

多次獨立的EHT觀測通過多個校準以及不同的成像方法均揭示了一個環(huán)狀的結構及其中心的暗弱區(qū)域，即黑洞陰影。

“黑洞就像沉浸在一片類似發(fā)光氣體的明亮區(qū)域內，我們預期黑洞會形成一個類似陰影的黑暗區(qū)域。這正是愛因斯坦廣義相對論所預言的，可我們以前從未見過?！盓HT科學委員會主席、荷蘭奈梅亨大學教授海諾·法爾克說，“這個暗影的形成，源于光線的引力彎曲和黑洞視界對光子的捕獲。暗影揭示了黑洞這類迷人天體的很多本質，也使得我們能夠測量M87中心黑洞的巨大質量?！?/p>