​黑洞照片公布了，原来它长这样！

黑洞照片公布了，原来它长这样！

来源：21Tech（News-21）

作者：杨清清

编辑：刘雪莹

黑洞到底长什么样？在2019年4月10日之前，没有人知道确切的答案。

科幻电影里经常喜欢描绘黑洞，并给出自己的想法。近年来最出名的一部与黑洞相关的电影莫过于2014年上映的《星际穿越》，它让观众们“亲眼”看到了黑洞的样子。

《星际穿越》中的黑洞“卡冈图雅”

这个名叫“卡冈图雅”的黑洞由黑色天区与明亮光环构成，相对论物理学家基普·索恩为影片设计了这个黑洞形象。2015年2月，该影片相关的可视化黑洞论文发表在期刊《Classical and Quantum Gravity》上，一定程度代表了学界对黑洞外观的看法。

然而，你可以想象吗？《星际穿越》上映五年后，人类居然真的可以看到黑洞的真容了！身为有史以来第一批“看见”黑洞的本届人类，小编真的很开心啊！

北京时间2019年4月10日晚间，事件视界望远镜（EHT）宣布了超大质量黑洞的照片。真实的黑洞是长这个样子的：

超大质量黑洞M87中心的影像

小编的小伙伴们纷纷发表感慨，“（黑洞看起来）像甜甜圈……看饿了”、“像魔戒的索伦之眼”。无论如何，这次的黑洞照片虽然比不上卡冈图雅的美丽，但也颇有它的朦胧美，有木有？

需要注意的是，现场专家介绍，这次发布会只是一个开端，未来还会有更多的黑洞照片与大家见面。未来会不会有更多样子的黑洞？清晰度会不会更高？这也都是非常值得期待的！

这次拍的是哪个洞？

黑洞一向在宇宙间神秘莫测。

这个连光线都无法逃脱其视界的物体，被美国物理学家约翰·阿奇博尔德·惠勒（John Archibald Wheeler）描述其为“不可思议的天体”。它由一个密度无限大、时空曲率无限高、体积无限小、热量无限大的奇点，加上周围一部分空空如也的天区组成，吞噬着临近宇宙区域的所有光线与物质。

其中，黑洞的几乎所有质量都集中在奇点上，它也是黑洞强大引力场的中心。奇点周围的天区存在一个临界半径，被称为“视界面”。在这个半径内，就是黑洞的“势力范围”。

当前质量天文学家将宇宙中的黑洞分成三类：

恒星级质量黑洞(几十倍至上百倍太阳质量)

超大质量黑洞(几百万倍太阳质量以上)

中等质量黑洞(介于两者之间)

本次被拍照的就是黑洞界的“大块头”——超大质量黑洞。

不过问题来了，拍照的前提是找到拍照对象。在这个连光线都能吞噬掉的怪物面前，如何才能确定它的位置呢？

据介绍，在这次拍照前，天文学家们通过各种间接的证据来表明黑洞的存在，主要有三类代表性证据：一是恒星、气体的运动透露了黑洞的踪迹，因为黑洞的强引力会对周围的恒星、气体会产生影响；二是根据黑洞吸积物质(相当于“吃东西”)发出的光来判断黑洞的存在；三是通过看到黑洞成长的过程“看”见黑洞。

据了解，视界面望远镜此次观测目标主要有两个，一是银河系中心黑洞Sgr A*，二是位于星系M87中的黑洞。之所以选定这两个黑洞作为观测目标，是因为它们的视界面在地球上看来足够大。其它黑洞因为距离地球更远或质量大小有限，观测的难度更大。

其中，Sgr A*黑洞的质量相当于400万个太阳，所对应的视界面尺寸约为2400万公里，相当于17个太阳的大小。M87中心黑洞的质量则竟然达到60亿个太阳质量，视界范围大约是冥王星轨道的三倍。

拍摄黑洞的正确姿势

确定好位置后，如何进行拍照呢？

据了解，本次拍到黑洞照片的EHT，是通过“甚长基线干涉技术”(VLBI)和全球多个射电天文台的协作，构建一个口径等同于地球直径的“虚拟”望远镜——事件视界望远镜。

“拍照并非拍的是可见光波长范围，而是EHT接收黑洞辐射，以此描述黑洞的外形。”一位中科院研究物理学的朋友告诉21tech。

而要看清楚黑洞视界面的细节，望远镜的空间分辨率需要足够高，甚至需要高到哈勃望远镜的1000倍以上。此时“干涉技术”就登场了。

所谓“干涉技术”，是指利用多个位于不同地方的望远镜，在同一时间联合观测，最后将数据进行相关系分析后合并。这种情况下，望远镜的分辨率取自望远镜之间的距离，而非单个望远镜的口径大小。

据了解，此次为黑洞拍照的EHT由8个全球射电望远镜构成，其分辨率相当于一部口径为地球直径大小的射电望远镜分辨率。它们分别是：

l 南极望远镜（South Pole Telescope）；

l 位于智利的阿塔卡马大型毫米波阵(Atacama Large Millimeter Array，ALMA)；

l 位于智利的阿塔卡马探路者实验望远镜（Atacama Pathfinder Experiment）；

l 位于墨西哥的大型毫米波望远镜（Large Millimeter Telescope）；

l 位于美国亚利桑那州的（Submillimeter Telescope）；

l 位于夏威夷的麦克斯韦望远镜（James Clerk Maxwell Telescope，JCMT）；

l 位于夏威夷的亚毫米波望远镜（Submillimeter Array）；

l 位于西班牙的毫米波射电天文所的30米毫米波望远镜。

从2018年起，又有格陵兰岛望远镜、位于法国的IRAM NOEMA天文台和位于美国的基特峰国立天文台加入后续研究和校准工作。

另外，据中国科学院大学天文学教授苟利军介绍，其实本次照片拍摄在2017年4月5日至14日之间就已经完成。但由于此次视界面望远镜跨越南北半球，所涉站点区域非常广阔，因此要处理的数据量也异常庞大。

他透露，视界面望远镜每一个晚上所产生数据量可达2 PB (1 PB=1000 TB=1000000 GB)，“和欧洲大型质子对撞机一年产生的数据量差不多“。因此，黑洞的“洗照片”过程一直延续至今，直到今晚照片才公之于众。

让我们为这些望远镜宝宝和背后无数的科学家们鼓掌！感谢他们和它们的努力，让我们成为首批看到黑洞真容的碳基生物！

文章来源：21Tech

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