北京時間2022年5月12日晚21:00 在包括上海在內的全球多地同時召開的新聞發布會上 主宰我們的巨獸，終於現身啦！ - 趣味新聞網

北京時間2022年5月12日晚21:00，在包括上海在內的全球多地同時召開的新聞發布會上，天文學傢嚮人們展示瞭來自於EHT的關於銀河係中心的一項突破性成果――首次拍攝到銀河係中心的超大質量黑洞照片！

銀河係中心黑洞的首張照片（來源：EHT Collaboration）

中科院上海天文台瀋誌強研究院展示銀河係中心黑洞的首張照片（來源：中國科學院上海天文台）

EHT（事件視界望遠鏡）

事件視界望遠鏡（英語：Event Horizon Telescope， EHT）是一個以觀測星係中央特大質量黑洞為主要目標的計劃。該計劃以甚長基綫乾涉技術（VLBI）結閤世界各地的射電望遠鏡，使許多相隔上韆公裏的獨立天綫能互相協調、同時觀測同一目標並記錄下數據，形成一口徑等效於地球直徑的虛擬望遠鏡，將望遠鏡的角分辨率提升至足以觀測事件視界尺度結構的程度。EHT期望藉此檢驗愛因斯坦廣義相對論在黑洞附近的強重力場下是否會産生偏差、研究黑洞的吸積盤及噴流、探討事件視界存在與否，並發展基本黑洞物理學。

我們先簡要地畫幾個重點！

【重點一】“甜甜圈”不太圓

可以說，照片中的黑洞從對稱的“甜甜圈”化身為瞭不太對稱的“甜甜圈”。

三年前，也就是北京時間2019年4月10日晚，EHT公布瞭人類拍攝的第一張黑洞照片，引發瞭高度關注，該黑洞被稱為 M87*。迴顧一下第一次與超大質量黑洞見麵的樣子（解讀文章《首張黑洞照片的說明書》）：

M87星係中心超大質量黑洞（M87*）的圖像（來源：EHT Collaboration）

北京時間2021年3月24日晚，EHT嚮全球發布瞭M87*的第二張寫真（解讀文章《快看！科學傢給黑洞燙瞭新發型！》）。中國科學院上海天文台牽頭組織協調，包括8位台內研究人員在內的國內學者參與瞭這次的EHT閤作。

偏振光下超大質量黑洞M87*的圖像（來源：EHT Collaboration）

前兩次發布的時間雖然相隔瞭兩年，但其實它們來自於同一批成像觀測。不同之處在於，這張“照片”是通過處理偏振信號獲得的，所以我們稱之為“黑洞在偏振光下的影像”。這也是天文學傢第一次在如此接近黑洞邊緣處測得錶徵磁場特徵的偏振信息。

相較之下，Sgr A* 沒有那麼圓，不那麼對稱，原因還是挺復雜的。主要有三條：

1、Sgr A* 沒有 M87* 那麼活躍，物質吸積率較低；

2、Sgr A* 直徑更小，物質移動快，短時間內光變明顯，這張照片隻選用瞭2017年4月7日的數據；

3、Sgr A* 的輻射強度不如 M87* 穩定。

【重點二】它依然是個環！

這個結論很重要！雖然觀測數據遇到瞭一些麻煩，“看到”瞭來自 Sgr A* 的不同特徵，甚至齣現“無環”的情況，但總的來說還是環比較多，說明它仍然具有黑洞的鮮明特徵，我們的模型仍然有效。

（來源：The EHT Collaboration et al.）

兩個質量迥異的黑洞，卻有著相似的圖像，這也恰恰證實瞭愛因斯坦廣義相對論的預言：所有黑洞有著相同的特徵（類似的相貌），與質量無關。我們看看身邊的事物，質量相差 1000 倍以上時，往往長得完全不同，甚至構造、化學成分也會不同，然而看起來黑洞在這方麵毫不擔心。

從今天起，似乎我們可以大膽地說， “甜甜圈”就是黑洞的象徵 ！

【重點三】處理數據有難度

超長的“印照片”時間主要是由於要做 復雜的“後期處理” 以及 進行“補拍” 。

EHT拍攝 Sgr A* 的工作在2017年4月正式開始。這項拍攝任務需要為所有參與的觀測站湊齣聯閤觀測的時間，全年不過10天。雖然，大傢基本上都按計劃完成瞭觀測任務，但是接下去麵對的就是海量數據。

2017年4月份參加EHT觀測的8個VLBI台站，實綫連接的為觀測M87的5個地點（7個台站；由於位置限製，位於南極的SPT望遠鏡無法觀測到M87），虛綫連接的為觀測一個校準源（3C279）的台站。（來源：EHT Collaboration）

為瞭增加探測靈敏度，EHT所記錄的數據量非常龐大。以三年前發布的首張黑洞照片為例，在2017年4月份的觀測中， 8個台站在5天觀測期間共記錄就大約有3500TB數據 （假如用傢用1T容量的移動硬盤來儲存這些數據，移動硬盤的高度疊加在一起有15層樓的高度！而這還隻是5天的數據量）。EHT采用專用硬盤來記錄數據，再通過人工搬運把它們送迴數據中心進行處理。研究人員在數據中心對數據做完一係列復雜的校正和處理後，再通過對這些數據經過近兩年時間的後期處理和分析，纔有瞭我們看到的人類首張黑洞圖像。而今天發布的這張圖像，研究團隊花瞭五年時間，用超級計算機閤成和分析數據，編纂瞭前所未有的黑洞模擬數據庫與觀測結果進行嚴格比對。

存儲黑洞觀測數據的硬盤。（來源：EHT Collaboration）

EHT閤作團隊將從Sgr A*的2017年EHT觀測數據中提取的諸多照片組閤製作成一張銀河係中心超大質量黑洞Sgr A*的最終照片。（來源：EHT Collaboration）

在解決上一個重點裏講到的問題時，科學傢從大量的黑洞特徵中選取瞭4種最典型的特徵，將他們疊加在一起，纔繪製成 Sgr A* 的樣子。

那麼這是不是銀心黑洞最真實的模樣呢？答案是：差不多，但可能並不完全是。

【重點四】 中國天文學傢的工作

中國天文科學傢參與瞭前期觀測技術的預研，對黑洞大小、拍攝圖片分辨率極限等研究推測，以及對大量觀測數據進行VLBI數據處理。

中國VLBI網絡示意圖（來源：中科院上海天文台）

2021年4月14日，來自19台望遠鏡（陣）的數據公開發布。天馬射電望遠鏡參與瞭其中2017年5月9日的歐洲VLBI網（EVN）170mm觀測，並貢獻瞭最高分辨率基綫。同時，作為東亞地區靈敏度最高的長毫米波射電望遠鏡，天馬望遠鏡全程參與2017年3月至5月期間東亞VLBI網（EAVN）在13mm和7mm對M87共14次EHT協同觀測。這是國內射電望遠鏡在7mm工作波長首次成功參加國際VLBI聯閤觀測。

M87的多波段觀測結果，天馬射電望遠鏡參加其中EVN的170mm和EAVN的13mm及7mm觀測。（來源：EHT Collaboration）

【重點五】這項成果意義重大

這一成果給齣瞭該天體就是黑洞的實證 ，為理解這種被認為居於大多數星係中心的“巨獸”的行為提供瞭寶貴的綫索。

這意味著人類在觀測設備、觀測技巧、數據處理能力等多方麵有瞭一次係統化的飛躍。同時，這次發布的觀測成果進一步提升瞭對愛因斯坦廣義相對論的檢驗。也就是說，我們對“ 時空如何彎麯，物質如何運動 ”的瞭解又能夠更進一步瞭。

1609年，伽利略（Galileo Galilei）首次將望遠鏡指嚮銀河，發現銀河由無數恒星組成。

1784年，威廉・赫歇爾（Friedrich Wilhelm Herschel）通過數星星首次繪製齣銀河的形狀。

1907年，哈洛 沙普利（Harlow Shapley）通過測量球狀星團的分布，首次推斷齣銀河係的結構及太陽在銀河係中的位置。

1932年，卡爾・吉德・央斯基（Karl Guthe Jansky）首次發現來自銀河係中心的無綫電波。

1937年，格羅特・雷伯（Grote Reber）首次進行射電巡天，1943年繪製齣首張銀河係的射電全天圖。

1971年，納德・林登貝爾（Donald Lynden-Bell）和馬丁・裏斯（ (Martin Rees ）首次提齣銀河係中心有一個質量巨大的黑洞。

1974年，布魯斯 貝裏剋（Bruce Balick）和羅伯特・布朗（Robert Brown ）首次發現銀河係中心有一個緻密的射電源，並起名為 人馬座A*（Sgr A*） 。

2002 年，萊因哈德・根澤爾（Reinhard Genzel）小組公布瞭一顆恒星 S2 圍繞 Sgr A*運動的結果，錶明銀河係中心的天體質量大於 400萬M 。

今天，距離首次發現銀河係中心的無綫電波剛好90年，距離首張銀河“畫像”已經有238年，我們終於看到瞭銀河係中心，主宰我們的真正霸主！這一項一項點滴成就，恰恰就是一格一格人類進步的階梯。

X射綫下的人馬座A*（來源：NASA）

【重點六】EHT下一步更值得期待

EHT並未停止觀測研究的腳步：就在今年3月份剛完成瞭有更多望遠鏡參與的聯閤觀測。EHT的持續擴展和技術革新將使得科學傢可以分享更引人注目的照片，包括在不久的將來的黑洞“電影”。“拍攝這樣一部銀河係中心黑洞的‘電影’，是下一代EHT的追求。”來自上海天文台的EHT閤作國內協調人瀋誌強說。“我們正在規劃建設中國的亞毫米波VLBI望遠鏡，以期參與到對Sgr A*的24小時不間斷的接力觀測中。”

飛嚮銀河係中心黑洞（ESO/MPE/NickRisinger (skysurvey.org)/VISTA/J. Emerson/Digitized Sky）