医学进展
2019年05月号

人类首次捕捉到黑洞照片

作者:赵伶俐

天文学家已经使用全球无线电望远镜捕获了黑洞的照片。在漩涡光的背景下,他们第一次制作出了一张“事件视界”照片(注:在黑洞周围,光线不能逃脱的临界范围被称为黑洞的半径或“事件视界”)。2019年4月10日,在布鲁塞尔的新闻发布会上,来自荷兰内梅亨大学的天文学家Heino Falcke说道:“我们已经看到了时空尽头的黑暗之门。”

这张通过使用事件视界望远镜(Event Horizon Telescope,EHT)捕获的黑洞照片,登上了世界各地的新闻头版。科学家把它喻为一项历史性的成就,也是迄今为止对阿尔伯特·爱因斯坦广义相对论最有力的证实之一。

根据光子环形结构显示,这个质量是太阳65亿倍的超大黑洞位于M87星系的中心,离地球约5500万光年。其中心的“阴影”包含了事件视界,这是一个球面,光线发生了扭曲,没有返回点。

事件视界是黑洞的典型特征。在附近的观察者看来,它应当是球形表面,而在内部,这个环形球体看起来就是全黑的。

2014年,Falcke、Doeleman和其他科学家组成了事件视界团队。2017年4月,他们进行了第一次跨越地球的观测活动,观察两个黑洞——一个位于银河系中心的人马座A*,另一个位于代号为M87的星系中心。

无线电天文学家计算出,要想解决关于黑洞的细节问题,需要使用大约1毫米波长的无线短波,因为较长的波会产生模糊的图像。由于望远镜的分辨率与它的大小成正比,这项壮举需要口径约一个地球大小的望远镜。天文学家由此转向了干涉量度分析法的技术:多个相距很远的望远镜同时指向同一个物体。望远镜的工作原理就像组成一个大盘子的许多陶瓷碎片。

团队改进了他们的技术,将许多改进后的天文台连接到网络。特别是由Shep Doeleman领导的一个小组,他们采用了10米长的南极望远镜。在智利,由投入了14亿美元的阿塔卡玛大型毫米波天线阵 (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array,ALMA)来完成这项工作。

4月10日公布的这幅图像提供了黑洞周围有光子环的清晰证据。“看到这一切,我感到极大的宽慰,但同时也感到意外。” Doeleman说道。首次尝试时他预计看到的只是“一团物质”, 所以能够看到这枚光子环“可能是我们得到的最好结果”。

中间阴影部分证实了广义相对论对黑洞的关键预测——事件视界的存在,然而,到目前为止,这幅图像还不够清晰,不能排除其他的引力理论,作者在报告中写道,进一步的研究可以帮助研究人员了解黑洞如何产生巨大的物质喷流。

EHT计划从2020年开始,每年对这两个黑洞进行一次观测,或许在不久的将来,我们将会更进一步地揭开黑洞的神秘面纱。(编译:赵伶俐)

参考文献:Nature 2019;568:284-285

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