銀河系中心，隱藏著一個質(zhì)量是太陽400萬倍的超級黑洞！北京時間5月12日晚，世界各國的天文學(xué)家終于給這個黑洞拍攝了照片，證實(shí)了它的存在。

作為宇宙中最詭異的天體，黑洞一直是人們最好奇的目標(biāo)。然而，它叫“黑”洞不是沒有原因的，因?yàn)槲覀兇_實(shí)看不見它。那么，天文學(xué)家是如何知道它存在的、又如何給它拍照呢？

首先，我們要回答一個問題：到底什么是黑洞？

黑洞，其實(shí)是通過愛因斯坦廣義相對論推導(dǎo)出來的一種天體。這種天體擁有巨大的質(zhì)量，但沒有體積，所以密度無限大，并且擁有極其驚人的引力，以至于連附近的光都無法逃脫，故此被命名為黑洞。

（圖片說明：愛因斯坦）

我們知道，愛因斯坦的“預(yù)言”目前還沒有被推翻的，黑洞也不例外?？茖W(xué)家們真的在宇宙中找到了許多黑洞，并且將已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的黑洞分為兩類。第一種叫做恒星級黑洞，質(zhì)量在太陽的3-100倍之間，通過大質(zhì)量恒星在超新星爆發(fā)后坍縮形成；第二種叫做超大質(zhì)量黑洞，這種黑洞質(zhì)量在太陽的100萬倍以上，只存在于星系的核心，形成原因至今是個謎。

此外還有介于二者之間的中等質(zhì)量黑洞，雖然有一點(diǎn)關(guān)于天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)這種黑洞的消息，但我們對于它的認(rèn)知仍然非常少；另一種是霍金預(yù)言的原初黑洞，形成于宇宙大爆炸初期，這個理論目前無法得到證實(shí)。

（圖片說明：黑洞藝術(shù)圖）

那么問題來了：既然黑洞能吞噬附近所有的光，我們還怎么給它拍照？

黑洞本身確實(shí)可以吞噬光線，但它在吞噬其他物質(zhì)的時候，這些物質(zhì)是發(fā)光的。被吞噬的物質(zhì)不會馬上進(jìn)入黑洞中，而是形成一個盤狀結(jié)構(gòu)，“排隊(duì)”等著被吞噬，這個結(jié)構(gòu)叫做吸積盤。由于物質(zhì)過于密集，而且旋轉(zhuǎn)速度快，這些物質(zhì)之間的摩擦就會發(fā)出光來。有些黑洞吞噬物質(zhì)的速度非?？欤虼宋e盤也非常明亮，可以證明黑洞的存在。

天文學(xué)家想要拍攝的，就是黑洞的吸積盤。吸積盤的運(yùn)行規(guī)律，可以幫助天文學(xué)家了解極端宇宙環(huán)境下的天體物理學(xué)機(jī)制，更好地理解愛因斯坦等物理學(xué)家的理論。

（圖片說明：黑洞吸積盤是我們了解它的關(guān)鍵）

除了吸積盤之外，黑洞還會從兩極射出強(qiáng)大的等離子束。這些等離子的速度極快，甚至接近光速，因此又被稱為相對論性噴流。它同樣可以幫助天文學(xué)家了解黑洞周圍的電磁理論機(jī)制，也是天文學(xué)家重點(diǎn)關(guān)注的對象。

早在2012年，世界各國的天文學(xué)家就開始討論拍攝黑洞照片的事宜。他們的手段就是所謂的甚長基線干涉技術(shù)，也就是利用分布在世界各地的望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行觀測，虛擬出一個口徑和地球直徑一樣巨大的虛擬望遠(yuǎn)鏡，從而對黑洞進(jìn)行成像，這臺被虛擬出來的望遠(yuǎn)鏡就叫做事件視界望遠(yuǎn)鏡（EHT）。

（圖片說明：事件視界望遠(yuǎn)鏡）

每年夏天，天文學(xué)家都會進(jìn)行拍攝。然而，由于數(shù)據(jù)過于龐大，每張照片的處理時間都要以年為單位來計(jì)算。北京時間2019年4月10日21時，我國的上海、臺北以及世界其他5個城市的天文學(xué)家同時召開了發(fā)布會，公布了人類歷史上第一張黑洞照片——

（圖片說明：M87*的照片）

這個黑洞位于M87星系的中心，被稱為M87*。它距離我們大約5500萬光年，質(zhì)量是太陽的65億倍，絕對是宇宙中最恐怖的天體之一！

一年之后，EHT項(xiàng)目又公布了第二張照片，是一個名叫3C 279的類星體（黑洞的一種）的相對論性噴流——

（圖片說明：3C 279照片）

2021年，EHT項(xiàng)目公布了第三個作品，是M87*的偏振光圖像——

（圖片說明：M87*的偏振圖像）

實(shí)際上，在最初成立EHT項(xiàng)目的時候，天文學(xué)家就想拍攝銀河系中心的超大質(zhì)量黑洞——人馬座A。畢竟它是離我們最近的超大質(zhì)量黑洞，相距僅27000光年，雖然質(zhì)量比M87*小得多。不過，直到昨天，我們才終于看到它的廬山真面目。

大家肯定有一個疑問，既然銀河系中心的黑洞這么近，為何人類舍近求遠(yuǎn)，要先去拍攝M87*呢？

（圖片說明：兩個黑洞的尺寸對比）

這是因?yàn)椋琈87*是一個非?；钴S的黑洞，它始終在瘋狂地吞噬著周圍的物質(zhì)，因此吸積盤又大又亮，給了天文學(xué)家絕佳的拍攝機(jī)會。相比之下，人馬座A*是一個非常沉寂的黑洞，平均每1000年才吞噬相當(dāng)于一個太陽質(zhì)量的物質(zhì)，是M87*的百分之一。科學(xué)家比喻說：如果人馬座A*是一個人類的重量，它100萬年才只能吞噬一粒米。

因此，它的吸積盤又冷又暗，也讓天文學(xué)家難以拍攝。

另外，距離并沒有帶來更大的問題。M87*體型巨大，其視界半徑是人馬座A*的1500倍以上。因此，盡管距離遙遠(yuǎn)，但看起來二者的視覺效果（視半徑）其實(shí)是差不多的。如果二者被放在相同的距離下對比，可以看出M87*有多么驚人。

（圖片說明：兩個黑洞在地球看的視覺效果和相同距離下的尺寸對比）

另外，人馬座A*周圍的環(huán)境對人類也不友善，這里是銀河系恒星最密集的區(qū)域，除了星光之外還有大量的電磁輻射，會干擾天文學(xué)家的觀測。這里還有大量的星際塵埃，以及極其熾熱的氣體云，都給拍照造成了巨大的困難。不過，畢竟它離我們很近，彌補(bǔ)了許多困難，而且天文學(xué)家必須要了解自己星系的黑洞。

正是因?yàn)檫@么多原因，M87*成為了宇宙中最適合成像的黑洞，而人馬座A*則緊隨其后。實(shí)際上，二者的照片是同一年拍攝的，由于前面說的那么多干擾因素，研究人員多花了3年時間才“沖洗”出這張照片來。

（圖片說明：混亂的銀河系中心，高清大圖，可以點(diǎn)開放大來看）

那么，天文學(xué)家這一次成功對人馬座A*成像，有什么意義呢？

首先，由于不能直接觀測到黑洞，很多人一直對銀河系中心的真實(shí)身份有所質(zhì)疑。這一次的照片和M87*保持一致，也是“甜甜圈”的樣子，證明了銀河系中心確實(shí)有一個巨大的黑洞。

其次，黑洞作為相對論“預(yù)言”的“產(chǎn)物”，也是驗(yàn)證愛因斯坦理論的絕佳對象，比如引力透鏡效應(yīng)等。

另外，人馬座A*在宇宙的超大質(zhì)量黑洞中，也具有自己的獨(dú)特性，并且距離我們最近，這是天文學(xué)家更全面地了解這種天體的重要樣本。

（圖片說明：根據(jù)不同算法繪制的人馬座A*圖像，進(jìn)行平均和疊加才能得到最后的圖像）

可以說，EHT項(xiàng)目是當(dāng)今世界最大的全球合作項(xiàng)目之一，包含了來自全世界80個研究所的超過300名科學(xué)家，其中17名來自中國內(nèi)陸，另外還有中國臺灣的科學(xué)家參與。

EHT項(xiàng)目最初一共有8臺望遠(yuǎn)鏡，現(xiàn)在增加到了11臺。不過大家注意到，這里沒有我國著名的射電望遠(yuǎn)鏡“天眼”。這是正常的，因?yàn)镋HT的望遠(yuǎn)鏡都是亞毫米級的，而我國的FAST最短只能接收到分米級的電磁波。二者的設(shè)計(jì)初衷不同，所以FAST無法參與到EHT項(xiàng)目。不過我國已經(jīng)有計(jì)劃建設(shè)亞毫米級的射電望遠(yuǎn)鏡了，未來或?qū)⑴c到黑洞照片的拍攝中。

（圖片說明：FAST）

未來，EHT團(tuán)隊(duì)還將在每年對宇宙中的黑洞進(jìn)行拍攝，并且還會有更多望遠(yuǎn)鏡加入進(jìn)來。我們很期待，下一次的黑洞照片，會是什么樣的呢？