5個問題，快速看懂銀河係中心超大質量黑洞首張照片 - 趣味新聞網

5月12日晚

位於銀河係中心的超大質量黑洞的

首張照片公布

△銀河係中心黑洞的首張照片！（EHT閤作組織提供）

這張照片由事件視界望遠鏡（EHT）閤作組織

這個國際研究團隊

通過分布在全球的射電望遠鏡

組網“拍攝”而成

看到這張銀河係中心黑洞照片

我們都感覺非常興奮

因為距離2019年4月10日

人類首張黑洞照片發布

已經過去瞭3年

而今

這張寶貴的照片又為我們

提齣瞭更多的問題

等待我們去探索和發現

問題一：銀心黑洞質量更大，距離地球更近，第一張黑洞的照片為什麼不是銀心黑洞？

自從2019年看到人類首張黑洞照片（M87中心黑洞照片），人們對於自己的銀河係中心黑洞的照片念念不忘。

在2017年拍攝之後，先是2年之後的2019年，得到瞭距離我們5500萬光年的M87的黑洞照片，這是我們唯一一次清楚看到黑洞的樣子。相比較銀河係黑洞而言，M87黑洞有極大的優勢，它的轉動軸隻有17度，幾乎是沿著它的轉軸方嚮去看，幾乎沒有什麼遮擋，所以我們就相對比較容易看到M87黑洞的照片。

△M87中心黑洞照片（EHT閤作組織提供）

銀河係的超大質量黑洞位於銀河係中心，是我們自己星係的超大質量黑洞。肯定有人會覺得，既然就在咱們身邊，拍起來難道不是更容易嗎？

實際上，正如那句詩說的，“不識廬山真麵目，隻緣身在此山中”。雖然這個黑洞位於銀河係的中心，我們自己卻處於銀河係內部，拍起來更不容易。

我們藉助於光學之外的射電和紅外波段，以及其他的星係，逐漸認識瞭我們的星係。雖然我們銀河係本身的黑洞（被稱為Sgr.A*）離得近，但是因為遮擋的緣故，數據處理起來更睏難，也更加費時，所以，“拍照”需要更多的時間。

不過，等待也讓這張照片的發布更加激動人心，因為這是我們自己銀河係中心的黑洞照片！這也是EHT閤作組織繼2019年發布人類第一張黑洞照片，捕獲瞭位於更遙遠星係M87中央黑洞（M87*）之後的又一重大突破。

問題二：這張銀心黑洞照片怎麼拍的？跟M87星係中心黑洞照片的拍攝相比，有哪些新手段？

眾所周知， M87幾乎是處於轉軸的方嚮，而我們是處於銀盤之上，所以與M87相比較來說，銀心黑洞在成像時會受到很多的遮擋。比如，在光學波段去觀察銀河係時，我們會看到很大的塵埃等氣體的遮擋，這個時候就必須利用波長更長的紅外或射電波段。目前成熟的是毫米波和亞毫米波波段，也就是視界麵望遠鏡，值得一提的是，它利用全球不同的亞毫米和毫米波望遠鏡組成瞭一個陣列，口徑可以達到上萬公裏。

這張照片與2019年所拍攝的M87的照片非常類似，都是利用全球8個不同的毫米波望遠鏡，或者簡稱為eventhorizon telescope來拍攝的。

這個龐大的望遠鏡組閤分彆為：位於智利的ALMA（Atacma Large Milimiieter/SubmeterArray，阿卡塔瑪大型毫米亞毫米陣列），位於南極的SPT（South Pole Telescope）， 美國夏威夷的SMA（Submilleter Array），墨西哥的LMT（Large Millimeter Array，大型毫米波望遠鏡）， 位於美國夏威夷的JCMT（James Clerk Maxwell Telescope，詹姆斯・剋拉剋・麥剋斯韋望遠鏡），位於西班牙的IRAM（IRAM 30-m telescope）, 位於智利的APEX（Atacama PathfinderEXperiment，阿塔卡馬探路者實驗望遠鏡），和美國亞利桑那州的SMT（SubmillimeterTelescope）。

值得一提的是，美國夏威夷的JCMT望遠鏡，是中國參與運行的一個望遠鏡，不少中國科學傢應該是在這裏進行的觀測。很遺憾的是，目前紅外觀測能夠達到的最大直徑是上百米，比如歐洲南方天文台的VLT/gravity，觀測直徑可以達到130米，但是距離公裏的口徑量級還是相差很大，希望我們在未來可以利用紅外波段能夠看到黑洞的照片。

△圖片為銀河係各個波段的照片，自上而下能量逐漸增加，從毫米波到伽馬射綫

我們知道，銀河係的黑洞大約隻有400萬倍太陽質量（根據2020年諾奬結果），而M87的黑洞達到瞭65億倍的太陽質量，前者比後者小瞭1650倍。

從大小上而言，銀河係中心的黑洞明顯稍微小一些，但是銀河係中心的黑洞的拍攝難度更大一些，這是因為，銀河係中心的黑洞的質量要比M87小很多，距離要近很多，所以周圍物質變化的可能性要大很多。相比觀測M87的黑洞的情況而言，原本好幾天時間裏的變化，現在變成瞭在幾分鍾左右內就會發生，所以觀測難度更大。比如說，為瞭這張照片，科學傢們專門開發瞭新的復雜工具來考慮SgrA*的氣體。

問題三：跟M87星係中心黑洞照片相比，有哪些不同，有哪些新的信息？

因為單獨觀測難度很大，所以此次看到的銀河係中心黑洞（Sgr A*）的照片是研究團隊花費瞭好多時間提取齣不同照片，再進行平均後的效果。

這也是最終第一次將隱藏在銀河係中心的黑洞照片呈現齣來。

可以迴想一下上次照片的時間：2017年開始拍攝，2019年我們就得到瞭M87中心黑洞的照片。

然而，一直到5年之後，科學傢們用超級計算機閤成和分析數據，對黑洞模擬數據庫與觀測結果進行嚴格比對，纔讓我們第一次看到銀河係中心黑洞的照片。

問題四：銀心黑洞隻不足銀河係的0.0005%，為什麼能夠束縛住數韆億顆恒星呢？

如果從銀河係的結構來看，銀河係的結構可以分為銀核（包括黑洞在內）、銀盤和銀暈三個部分；從質量來看，銀河係中心的大黑洞質量還不到銀河係質量的0.0005%；而從銀河係核心的角度而言，銀河係黑洞僅僅是銀河係核球的一部分。

那麼，究竟是什麼樣的力量將銀河係的韆億顆恒星固定在一個有限的範圍之內呢？所有可見的物質是怎麼聚集的呢？

其實，這個問題在上個世紀初的時候就有人提齣瞭。

天體物理學傢茲威基（Fritz Zwicky）測量瞭後發座星係團的恒星，結果發現瞭暗物質的存在。因為茲威基的性格很不受大傢喜歡，所以盡管這個概念是對的，但是沒有受大傢重視。

一直到瞭1970年，年輕的魯賓（VerinRubin）和她的導師福特（Kent Ford）先後對仙女星係中星體鏇轉速度做瞭研究。利用高精度的光譜測量技術，他們可以探測到遠離星係核區域的外圍星體繞星係鏇轉速度和距離的關係。根據牛頓定律，如果星係的質量主要集中在星係核區的可見星體上，星係外圍的星體的速度將隨著距離而減小。但觀測結果錶明，在相當大的範圍內，星係外圍的星體的速度是恒定的。這意味著，星係中可能有大量的不可見物質並不僅僅分布在星係核心區，且其質量遠大於發光星體的質量總和。

現在我們已經知道，不可見物質（暗物質）的質量大約比可見質量要重10倍左右，而且幾乎絕大多數的星係都是如此。

這也就是前麵那個問題的答案瞭，盡管我們銀心的黑洞隻是如此小的質量，但是在暗物質的幫助之下，卻可以束縛住韆億顆恒星！

問題五：這張照片的拍攝對研究有什麼意義？

在發布會召開前，可能很多人在聽到銀河係中心黑洞照片時，期待的是看到《星際穿越》電影當中的黑洞相似的樣子，然而結果卻並非如此。

△《星際穿越》中黑洞的形象（圖片來源於《星際穿越》）

這是因為，我們看到的是黑洞很近的部分，如果相對比較遠的話，那麼就會看到類似於《星際穿越》電影當中的景象。

無論如何，相比較之前的M87，這張照片更顯得親近，因為這是我們自己星係黑洞的照片，而且它的拍攝難度更大。

來源：央視新聞