黑洞的第一張照片將發布，首張畫像已沿用40年

知識 04-11

以下內容來自：Discover

黑洞的第一張特寫圖像（2018）

幾十年的模擬表明，這就是氣體和塵埃在黑洞周圍盤旋的樣子。我們很快就能看到真跡了。Roen Kelly/Discover

1979年，法國天體物理學家讓-皮埃爾-盧米內（Jean-Pierre Luminet）在沒有超級計算機的時代，向全世界展示了黑洞可能的模樣。他手上僅有一台IBM 7040和一些打孔紙。盧米內早就知道黑洞是不發光的，但是圍繞著它旋轉的物質——從附近恆星中剝離出來的塵埃和氣體——會一直閃耀著，直到被完全吞噬。盧米內認為，通過這些物質發出的光，可以追蹤黑洞的形狀，包括其強大引力所導致的時間扭曲。

當冰箱大小的IBM計算機在1970年代後出現時，盧米內用墨水和鋼筆手繪了黑洞的圖像。他描繪了黑洞的事件視界，在那裡沒有任何東西可以逃離；還有一個吸積盤，由從附近恆星上剝離的物質聚集而成。雖然黑洞只有一個吸積盤，但強大的引力就像鏡子屋那樣將其變成兩個垂直的圓盤結構，它們在離黑洞更近的地方顯得更亮，而且一側比另一側亮。

大約40年之後，盧米內的黑洞預測基礎仍然有效，但他的黑洞圖像和其他一切都是繪畫，並非照片。這個情況即將發生改變，來自EHT（事件視界望遠鏡）項目的科學家將很快發布人馬座A*（人馬座A星）黑洞的真實照片。這是我們所屬銀河系中心的超大質量黑洞。作為備份，科學家對我們鄰近星系M87的中心黑洞也進行了觀測，並掌握了相關數據。人馬座A*黑洞的照片可以幫助我們揭開宇宙中最神秘天體之一的神秘面紗，甚至有助於解釋諸如銀河系這樣的星系是如何形成和演化的。

圖註：EHT不僅僅是一個望遠鏡：它是由夏威夷、亞利桑那、西班牙、墨西哥、智利和南極洲的八個射電望遠鏡組成的網路。Alison Mackey/Discover

EHT不僅僅是一個望遠鏡，它是一個由八個射電望遠鏡組成的觀測網，這些射電望遠鏡分布在夏威夷、亞利桑那、西班牙、墨西哥、智利和南極洲。天文學家將它們對準宇宙中某個方向，同時觀測同一個天體，然後將這八個射電天線的數據合併成一幅圖像。其效果就和用一個大口徑（高精度）望遠鏡觀測到的一樣，該「口徑」相當於其中兩座距離最遠射電天線的距離。換句話說，他們創造了一個「口徑和地球大小相仿的虛擬望遠鏡」。

這種觀測方法稱為甚長基線干涉測量法，簡稱VLBI。但利用VLBI法觀測時有一個技巧，根據EHT項目主管Shep Doeleman的說法：VLBI的秘訣在於，要讓這個巨大的虛擬望遠鏡發揮作用，我們在每個參與觀測的射電望遠鏡中，都放置了一個原子鐘。

當這些射電望遠鏡盯住人馬座A*黑洞的時候，數據就會被原子時間所標記，就好像在按時間排隊一樣。然後，科學家將所有在同一時間收集的數據排列整齊，比如，將一台望遠鏡在格林尼治標準時間下午5:13採集的數據，和其他望遠鏡在該時刻收集的數據放在一起。

為了實現這一點，射電望遠鏡機構的科學家需要親自帶著這些數據，去同一個地方碰頭。雖然研究人員通常會在線共享他們的數據，但這項工作的數據量實在太大了，無法通過網路進行傳遞。EHT項目主管Shep Doeleman說，不論在任何地方，獲得數據的唯一方法就是用硬碟進行空中傳遞，研究人員將其稱為跑腿的網路，這是將模擬數據集中處理的終極方式。

EHT項目團隊在2017年4月在智利進行了第一次真正意義上對黑洞的觀測，動用了智利的阿塔卡瑪大毫米波-亞毫米波陣列（ALMA）望遠鏡。ALMA望遠鏡是一個強大的觀測武器，可以讓EHT的空間觀測能力變得更加強大。使用ALMA望遠鏡並不是一個簡單的事，天文學家必須將ALMA望遠鏡的66個碟形天線合併成一個單獨的數據，然後才能將它與其他望遠鏡的觀測結果聯合起來。