 北京時(shí)間2022年5月12日晚21:00，在包括上海在內(nèi)的全球各地同時(shí)召開的新聞發(fā)布會(huì)上，天文學(xué)家向人們展示了來自于EHT的關(guān)于銀河系中心的一項(xiàng)突破性成果——首次拍攝到銀河系中心的超大質(zhì)量黑洞照片！
銀河系中心黑洞的首張照片 | Event Horizon Telescope Collaboration EHT（事件視界望遠(yuǎn)鏡） 事件視界望遠(yuǎn)鏡（英語(yǔ)：Event Horizon Telescope， EHT）是一個(gè)以觀測(cè)星系中央特大質(zhì)量黑洞為主要目標(biāo)的計(jì)劃。該計(jì)劃以甚長(zhǎng)基線干涉技術(shù)（VLBI）結(jié)合世界各地的射電望遠(yuǎn)鏡，使許多相隔數(shù)十萬(wàn)公里的獨(dú)立天線能互相協(xié)調(diào)、同時(shí)觀測(cè)同一目標(biāo)并記錄下數(shù)據(jù)，形成一口徑等效于地球直徑的虛擬望遠(yuǎn)鏡，將望遠(yuǎn)鏡的角分辨率提升至足以觀測(cè)事件視界尺度結(jié)構(gòu)的程度。EHT期望借此檢驗(yàn)愛因斯坦廣義相對(duì)論在黑洞附近的強(qiáng)重力場(chǎng)下是否會(huì)產(chǎn)生偏差、研究黑洞的吸積盤及噴流、探討事件視界存在與否，并發(fā)展基本黑洞物理學(xué)。 今天發(fā)布的黑洞照片與三年前的M87星系黑洞照片長(zhǎng)得一樣嗎？ ↓↓↓
M87星系中心超大質(zhì)量黑洞（M87*）的圖像 | Event Horizon Telescope Collaboration 三年前發(fā)布的這張圖像的意義非同一般，它提供了黑洞存在的直接“視覺”證據(jù)，使得在強(qiáng)引力場(chǎng)下驗(yàn)證愛因斯坦廣義相對(duì)論，細(xì)致研究黑洞附近的物質(zhì)吸積與相對(duì)論性噴流成為可能。 其實(shí)，北京時(shí)間2021年3月24日晚，EHT向全球發(fā)布過M87黑洞的第二張寫真。中國(guó)科學(xué)院上海天文臺(tái)牽頭組織協(xié)調(diào)，包括8位臺(tái)內(nèi)研究人員在內(nèi)的國(guó)內(nèi)學(xué)者參與了這次的EHT合作。  偏振光下超大質(zhì)量黑洞M87*的圖像 | Event Horizon Telescope Collaboration 前兩次發(fā)布的時(shí)間雖然相隔了兩年，但其實(shí)它們來自于同一批成像觀測(cè)。不同之處在于，這張“照片”是通過處理偏振信號(hào)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(xué)家第一次在如此接近黑洞邊緣處測(cè)得表征磁場(chǎng)特征的偏振信息。 今天發(fā)布的這項(xiàng)成果有著怎樣重大意義？ 這一成果給出了該天體就是黑洞的實(shí)證，為理解這種被認(rèn)為居于大多數(shù)星系中心的“巨獸”的行為提供了寶貴的線索。 這意味著人類在觀測(cè)設(shè)備、觀測(cè)技巧、數(shù)據(jù)處理能力等多方面有了一次系統(tǒng)化的飛躍。同時(shí)，這次發(fā)布的觀測(cè)成果進(jìn)一步提升了對(duì)愛因斯坦廣義相對(duì)論的檢驗(yàn)。也就是說，我們對(duì)“時(shí)空如何彎曲，物質(zhì)如何運(yùn)動(dòng)”的了解又能夠更進(jìn)一步了。 早在1931年，央斯基就收到了來自銀心方向的無(wú)線電信號(hào)，1974年天文學(xué)家布魯斯·巴里克（Bruce Balick）和羅伯特·布朗（Robert Brown）最先使用長(zhǎng)基線干涉的方式確認(rèn)了銀河系中心的射電源，布朗在后來1982年的一篇論文中給了它一個(gè)編號(hào)Sgr A*（人馬座A*）。
為什么時(shí)隔三年才發(fā)布？ 超長(zhǎng)的“印照片”時(shí)間主要是由于要做復(fù)雜的“后期處理”以及進(jìn)行“補(bǔ)拍”。 EHT拍攝 Sgr A* 的工作在2017年4月正式開始。這項(xiàng)拍攝任務(wù)需要為所有參與的觀測(cè)站湊出聯(lián)合觀測(cè)的時(shí)間，全年不過10天。雖然，大家基本上都按計(jì)劃完成了觀測(cè)任務(wù)，但是接下去面對(duì)的就是海量數(shù)據(jù)。
2017年4月份參加EHT觀測(cè)的8個(gè)VLBI臺(tái)站，實(shí)線連接的為觀測(cè)M87的5個(gè)地點(diǎn)（7個(gè)臺(tái)站；由于位置限制，位于南極的SPT望遠(yuǎn)鏡無(wú)法觀測(cè)到M87），虛線連接的為觀測(cè)一個(gè)校準(zhǔn)源（3C279）的臺(tái)站。| 上海天文臺(tái) 為了增加探測(cè)靈敏度，EHT所記錄的數(shù)據(jù)量非常龐大。以三年前發(fā)布的首張黑洞照片為例，在2017年4月份的觀測(cè)中，8個(gè)臺(tái)站在5天觀測(cè)期間共記錄就大約有3500TB數(shù)據(jù)（假如用家用1T容量的移動(dòng)硬盤來儲(chǔ)存這些數(shù)據(jù)，移動(dòng)硬盤的高度疊加在一起有15層樓的高度！而這還只是5天的數(shù)據(jù)量）。EHT采用專用硬盤來記錄數(shù)據(jù)，再把它們送回?cái)?shù)據(jù)中心進(jìn)行處理。研究人員在數(shù)據(jù)中心對(duì)數(shù)據(jù)做完一系列復(fù)雜的校正和處理后，再通過對(duì)這些數(shù)據(jù)經(jīng)過近兩年時(shí)間的后期處理和分析，才有了我們看到的人類首張黑洞圖像。而今天發(fā)布的這張圖像，研究團(tuán)隊(duì)花了五年時(shí)間，用超級(jí)計(jì)算機(jī)合成和分析數(shù)據(jù)，編纂了前所未有的黑洞模擬數(shù)據(jù)庫(kù)與觀測(cè)結(jié)果進(jìn)行嚴(yán)格比對(duì)。
EHT合作團(tuán)隊(duì)將從Sgr A*的2017年EHT觀測(cè)數(shù)據(jù)中提取的諸多照片組合制作成一張銀河系中心超大質(zhì)量黑洞Sgr A*的最終照片。| Event Horizon Telescope Collaboration  飛向銀河系中心黑洞 | ESO/MPE/NickRisinger (skysurvey.org)/VISTA/J. Emerson/Digitized Sky 提到“補(bǔ)拍”，就不得不講到給黑洞“拍照”的兩個(gè)主要的難點(diǎn)了。一是星系中心附近有大量氣體塵埃等干擾射電望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行觀察。銀心黑洞的質(zhì)量大約是太陽(yáng)的400萬(wàn)倍，距離地球只有26000光年，從宇宙的角度來看非常近。相比之下，M87* 的質(zhì)量大約是地球的65億倍，距離地球約5500萬(wàn)光年。然而由于宇宙星系塵埃的干擾，Sgr A*的成像比 M87*困難得多。黑洞周圍的氣體均以幾乎接近光速繞著Sgr A*和M87*高速旋轉(zhuǎn)。這意味著在EHT觀測(cè)Sgr A*之時(shí)，有點(diǎn)像給一只正在追逐自己尾巴的小狗拍張清晰照片。二是視界范圍非常小。銀心黑洞的視界范圍只有1200萬(wàn)公里，從地球看，它的視直徑（張開的角度）只有50個(gè)微角秒（10^-6角秒，1角秒=1/3600度）。這是個(gè)什么概念呢？就好比在上?？幢本┑囊桓^發(fā)絲。而M87星系質(zhì)量更大，中心黑洞質(zhì)量也更大，是銀心黑洞的1500多倍，視界范圍是銀心黑洞的3000倍，因此即便它距離上遠(yuǎn)了2000倍，但兩個(gè)黑洞看起來格外相似。 中國(guó)天文在此項(xiàng)目中承擔(dān)的工作？ 中國(guó)天文科學(xué)家參與了前期觀測(cè)技術(shù)的預(yù)研，對(duì)黑洞大小、拍攝圖片分辨率極限等研究推測(cè)，以及對(duì)大量觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行VLBI數(shù)據(jù)處理。 VLBI測(cè)軌分系統(tǒng)示意圖 | 上海天文臺(tái) VLBI測(cè)軌分系統(tǒng) VLBI測(cè)軌分系統(tǒng)由北京站、上海站、昆明站和烏魯木齊站以及位于上海天文臺(tái)的VLBI數(shù)據(jù)處理中心（VLBI中心）組成。這樣一個(gè)網(wǎng)所構(gòu)成的望遠(yuǎn)鏡分辨率相當(dāng)于口徑為3000多千米的巨大的綜合口徑射電望遠(yuǎn)鏡，測(cè)角精度可以達(dá)到百分之幾角秒。
25米射電望遠(yuǎn)鏡 | 上海天文臺(tái) 2021年4月14日，來自19臺(tái)望遠(yuǎn)鏡（陣）的數(shù)據(jù)公開發(fā)布。天馬射電望遠(yuǎn)鏡參與了其中2017年5月9日的歐洲VLBI網(wǎng)（EVN）170mm觀測(cè)，并貢獻(xiàn)了最高分辨率基線。同時(shí)，作為東亞地區(qū)靈敏度最高的長(zhǎng)毫米波射電望遠(yuǎn)鏡，天馬望遠(yuǎn)鏡全程參與2017年3月至5月期間東亞VLBI網(wǎng)（EAVN）在13mm和7mm對(duì)M87共14次EHT協(xié)同觀測(cè)。這是國(guó)內(nèi)射電望遠(yuǎn)鏡在7mm工作波長(zhǎng)首次成功參加國(guó)際VLBI聯(lián)合觀測(cè)。  M87的多波段觀測(cè)結(jié)果，天馬射電望遠(yuǎn)鏡參加其中EVN的170mm和EAVN的13mm及7mm觀測(cè)。 | Event Horizon Telescope Collaboration EHT關(guān)于未來的計(jì)劃？ EHT并未停止觀測(cè)研究的腳步：就在今年3月份剛完成了有更多望遠(yuǎn)鏡參與的聯(lián)合觀測(cè)。EHT的持續(xù)擴(kuò)展和技術(shù)革新將使得科學(xué)家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”。“拍攝這樣一部銀河系中心黑洞的'電影’，是下一代EHT的追求?！眮碜陨虾Ｌ煳呐_(tái)的EHT合作國(guó)內(nèi)協(xié)調(diào)人沈志強(qiáng)說?！拔覀冋谝?guī)劃建設(shè)中國(guó)的亞毫米波VLBI望遠(yuǎn)鏡，以期參與到對(duì)Sgr A*的24小時(shí)不間斷的接力觀測(cè)中?！?/span> 地球是人類的搖籃，但人類決不會(huì)永遠(yuǎn)躺在搖籃里。 —— 齊奧爾科夫斯基（1857.9.17～1935.9.19）
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