綜合新華社 2019年04月11日
5500萬光年外有個“甜甜圈” 人類終于“看到”了黑洞
4月10日，中國科學院上海天文臺舉行新聞發布會，為人類史上首張黑洞照片揭幕。新華社記者 金立旺 攝
神秘天體黑洞終于被人類“看到”了。數百名科研人員參與合作的“事件視界望遠鏡”項目10日在全球多地同時召開新聞發布會，發布他們拍到的第一張黑洞照片。
照片“主角”是室女座超巨橢圓星系M87中心的超大質量黑洞，其質量是太陽的65億倍，距離地球大約5500萬光年。照片展示了一個中心為黑色的明亮環狀結構，看上去有點像甜甜圈，其黑色部分是黑洞投下的“陰影”，明亮部分是繞黑洞高速旋轉的吸積盤。
“我很高興地宣布，我們首次看到了曾認為不可見的東西……而這只是開始。”項目主任、美國哈佛-史密森天體物理學中心的謝潑德·杜勒曼在美國首都華盛頓說。發布會現場多次響起熱烈掌聲。
除華盛頓外，中國上海和臺北、智利圣地亞哥、比利時布魯塞爾和日本東京等地也同時召開發布會。美國《天體物理學雜志通訊》以特刊形式通過6篇論文發表這一重大成果。
上世紀初，愛因斯坦提出廣義相對論預言了黑洞的存在。這是一種體積極小而質量極大的天體，引力非常強，以至于周圍一定區域內連光也無法逃逸，這一區域被稱為“事件視界”。
包括中國科學院上海天文臺在內的一些中國機構參與觀測和數據處理。中科院國家天文臺副臺長薛隨建說，此次參與為中國今后在相關國際合作中發揮更重要作用做了良好示范。
照片給出黑洞這一極端天體存在的最直接證據，驗證了廣義相對論，也將幫助回答星系中的壯觀噴流如何產生并影響星系演化等諸多前沿問題。
“黑洞是時空盡頭，存在一些我們想破解的謎團。首次給黑洞拍照可能幫助我們朝著解開這些謎更進一步。”項目科學委員會主席、荷蘭奈梅亨大學教授海諾·法爾克告訴新華社記者。美國哈佛大學理論物理學家亞伯拉罕·洛布形容：“百聞不如一見，一圖抵千言。”
三大看點
數據加理論 照片“沖洗”了兩年
人類獲得的首張黑洞照片10日面世。這張照片在科學上有多重要？拍到黑洞照片有多難？中國又發揮了什么作用？
了解黑洞吞噬噴射物質的過程
兩百多年前，就有科研人員設想宇宙中存在一種質量巨大、引力強到連光也無法逃脫的天體。愛因斯坦在一百多年前提出的廣義相對論，可用于計算出這種天體的若干性質。但黑洞作為一個科學術語，直到20世紀60年代才由美國天體物理學家約翰·惠勒提出。
給黑洞拍照的“事件視界望遠鏡”項目科學委員會主席、荷蘭奈梅亨大學教授海諾·法爾克告訴新華社記者，黑洞涉及人類對宇宙的根本了解，“我們的宇宙中有兩大理論，愛因斯坦的相對論描述了宏觀，量子力學描述了微觀，但是在黑洞的邊緣，相對論與量子力學無法協調，在那里可能會發現新的東西”。
美國亞利桑那大學天文學副教授丹尼爾·馬羅內認為，黑洞在長時間尺度上會影響宇宙演化。但人們并沒有完全了解黑洞如何吞噬物質，然后又將其中一部分以接近光速向外噴射，影響其所在星系。黑洞照片有助于了解黑洞噴流的形成過程。
打開黑洞秘密的全新窗口
此次拍照的一個目標是代號為M87的超巨橢圓星系中心黑洞，它的質量是太陽的65億倍，但離我們實在太遠，達到5500萬光年。
要拍攝這么遠的對象，科學家模擬出口徑像地球一樣大的望遠鏡，這就是“事件視界望遠鏡”，它集合了分布在全球各地的多個射電望遠鏡。從智利阿塔卡馬沙漠到南極冰原，從西班牙的高山到夏威夷的海島，8個射電望遠鏡通過“甚長基線干涉測量技術”聯合起來，成功拍到人類歷史上第一張黑洞照片。
經大約兩年的數據處理及理論分析，照片才成功“沖洗”出來。談及給黑洞拍照的難度，項目協作委員會主席、德國馬克斯·普朗克射電天文研究所所長安東·岑蘇斯打比方說：“如果地球是平的，那使用這一技術可以從波恩看清紐約街頭報紙上的字。”
照片展示了一個中心黑色的明亮環狀結構，有點像甜甜圈，也與此前科幻電影《星際穿越》科學顧問根據相對論等模擬的黑洞圖片相似。
此次合作匯集了全球超過200名研究人員的共同努力。“我們已經完成了上一代人認為不可能做到的事情。”項目主任、美國哈佛-史密森天體物理學中心的謝潑德·杜勒曼總結說。“技術的突破、世界上最好的射電望遠鏡之間的合作、創新的算法都匯聚到一起，打開了一個了解黑洞的全新窗口。”
期待中國成為重要一員
在“事件視界望遠鏡”項目中，中國科學院天文大科學研究中心（國家天文臺、紫金山天文臺和上海天文臺）參與了位于美國夏威夷的東亞JCMT望遠鏡對黑洞的觀測，多名中國學者是此次黑洞照片相關論文的作者。
不過，中國天文學界清醒地認識到目前的“參與者”角色。中國科學院國家天文臺副臺長薛隨建指出，這次“算是重在參與”，“在中國科學界參與的三十米望遠鏡（TMT）等其他重大國際項目中，那些可預期和不可預期的重大發現將更加激動人心。”
太空可能是中國未來能發揮更多作用的地方。法爾克說，今后要拍攝更好的黑洞照片，就需要比地球還大的望遠鏡，這就需要走向太空，“中國在射電干涉測量技術和太空探索方面的能力正快速增長，我期待未來中國能成為這個領域的重要一員”。
專訪物理學家李淼：
拍的不是黑洞“樣子” 是對周圍物質影響
□川報記者 熊筱偉
北京時間4月10日21時，人類首張黑洞照片正式發布。看到新聞，讓不少人看不懂的是：不是說黑洞引力之大，連光都逃不掉嗎？應該是什么都看不到啊，怎么會有照片呢？
照片發布前，我國著名物理學家、中山大學天文與空間科學研究院院長李淼在奔赴專題節目直播的間隙，接受了記者專訪。
“常識并沒有問題，光是逃不出黑洞的。”李淼說，但黑洞對周圍物質和恒星的影響可以讓科學家觀察它們。簡單說，通過記錄下周圍物質的變化，“勾勒”出黑洞的輪廓。
“黑洞外圍會有物質，在引力作用下繞著黑洞轉，不斷摩擦產生輻射。而同樣因為引力，輻射在釋放出來的時候，會損失掉部分能量。對輻射來說，能量越大頻率越高。能量弱了，頻率會變慢，這就是著名的紅移現象，這個現象被各地觀察點捕捉，就成了黑洞的‘照片’”。
給黑洞拍照片，意義何在？“本身拍照這件事就足夠有趣了。”李淼說，同時此次拍照的黑洞，是在銀河系形成之初就有了，“對它們的觀察有助于研究了解銀河系的形成。”李淼介紹，所有星系中心都有超大黑洞，銀河系中心的黑洞絕對不是最大的。
為什么星系中間會有黑洞？“因為銀河系剛剛形成的時候，中心物質最多，就容易塌縮成黑洞。”
黑洞吸收了那么多物質，這些物質都到哪兒去了？“都到奇點去了，但對奇點我們還缺乏了解。”
科學家說
人類首張黑洞照片是怎樣拍的
“如果地球是平的，那使用這一技術可以從波恩看清紐約街頭報紙上的字。”德國馬克斯·普朗克射電天文研究所所長安東·岑蘇斯對新華社記者說，集合全球射電望遠鏡給黑洞拍照，有助于探索宇宙形成之謎。
名為“事件視界望遠鏡”的項目，主要任務是拍攝兩個黑洞。一個位于銀河系中心，名為“人馬座A*”，是距離我們最近的超大質量黑洞；另一個就是位于銀河系鄰近星系M87中心的黑洞。
即使最近的“人馬座A*”，距地球也有2.6萬光年，M87更是距離地球5500萬光年。
給這么遠的對象拍照，需要舉全球之力，科學家模擬出口徑像地球一樣大的望遠鏡，這就是“事件視界望遠鏡”，項目團隊由來自全球的數百名研究人員組成，集合了分布在全球各地的多個射電望遠鏡。
拍照工作大約兩年前正式啟動，位于歐洲、美洲、大洋洲和南極洲的8個天文臺參與，觀測數據于2017年4月完成收集，并在當年年底送到馬克斯·普朗克射電天文研究所和美國麻省理工學院分析。2018年6月至11月，各地科學家基于這些數據進行圖像構建工作。此后直至今年4月，是相關論文的撰寫和同行評議階段。
岑蘇斯表示，首次發布黑洞照片“只是開始”。“我們未來會擴大陣列望遠鏡的數量規模，提高靈敏度和分辨率，繼續觀測兩個黑洞在不同階段的變化，甚至對新的黑洞進行觀察，拍攝新的、質量更好的照片。”
國際時評
當全世界同望星空 黑洞也“發光”
宇宙中最神秘的天體、時空中的無底深淵，即使是光都無法逃逸……長久以來，黑洞只不過是廣義相對論的預言、愛因斯坦的方程、模擬電腦圖像、引力波等項目的間接證據，或者科幻小說的想象。
然而，當全球科學界將分布在世界各地的8個射電望遠鏡（陣）組成“地球級別”的虛擬望遠鏡陣列，同一時刻、同一方向，對準同一片遙遠星空，就連黑洞——這些深藏于宇宙各處的引力陷阱，也會“發出耀眼光芒”。
從美國夏威夷到智利，從伊比利亞半島到南極……全球30多個研究所，200多名科學家，傾數年心血，攜手并肩，共同記錄黑洞周圍吸積盤和噴流等發出的耀眼光芒，從而讓超大質量黑洞無處遁形，顯現“真容”。正是全球同步的努力，讓人類拍攝到有史以來首張黑洞照片。
在這一“興師動眾”的過程中，科研領域全球同步的作用愈發凸顯。正如“事件視界望遠鏡”項目科學委員會主席、荷蘭奈梅亨大學教授海諾·法爾克所說，這樣的項目需要整個世界。
事實上，觀測黑洞項目，讓地球上幾乎所有這一領域的研究人員都不同程度地以不同方式參與其中。科學探索，正讓整個世界以不同尋常的方式更緊密地連接在一起，不僅讓地球，也讓人類成為一個共同體。
無論是對黑洞概念懵懵懂懂的早期天文學家、發表廣義相對論的愛因斯坦、獲得黑洞存在證據的引力波項目團隊，還是今天共同拍攝黑洞照片的各國科研人員，讓人類持續探索并不斷取得進步的動力之一，正是人類作為一個共同體對宇宙和自身的好奇心。
無論仰望星空，還是審視自己，當地球上的人們全體凝視同一方向，如同黑洞這樣曾經深藏不露的未知，終將一個接一個“顯露光芒”。
綜合新華社
