天文学家们公布了银河系中央黑洞的第一张照片 

射电望远镜阵列观测银河系及其中心黑洞。图片来源：原文

5月12日，包括位于德国欧洲南方天文台（ESO）总部在内，世界各地同时举行的新闻发布会上，天文学家公布了银河系中央超大质量黑洞的首张图像，该图像作为压倒性的证据有力地证明了银河系的中心的确是黑洞并且提供了关于这些巨大黑洞运行方式的宝贵线索，大多数星系的中心都被认为存在这样的巨大黑洞。这张图像是由事件视界望远镜协会（Event Horizon Telescope，简称EHT）国际调研组织通过全球射电望远镜的全球观测信息网络拍摄得到的。

这张图像让人们看到了期待已久的位于银河系中心的巨大物质。科学家们之前就发现银河系恒星的轨迹是围绕着银河系中心一个看不见的，致密的且无比巨大的物体。这一发现其实已经强烈地表明这个物质——被称为人马座A*，（SgrA*，读作“Sadge-ay星”）——其实是一个黑洞，并且如今拍摄到的图像提供了首个直接的视觉证据。

两个黑洞大小对比：M87*和人马座A*。图片来源：原文

虽然我们不能看到黑洞本体（因为其本身是完全黑暗的），但它周围的发光气体揭示了黑洞一个明显的特征：一个黑暗的中心区域（称为阴影）被明亮的环状结构所包围。新视角拍摄到了光在黑洞的强大引力下被弯曲，该黑洞的质量是太阳的400万倍。

EHT项目科学家杰弗里·鲍尔（Geoffrey Bower）说：“我们对黑洞光环的大小与爱因斯坦广义相对论的预测非常一致感到震惊。”这些前所未有的观测极大地提升了我们对星系中心发生的事情的理解，并为这些巨大的黑洞如何与周围环境相互作用提供了新的见解。”EHT团队的研究结果发表在了《天体物理学杂志快报》（Astrophysical Journal Letters）的特刊上。

因为黑洞距离地球大约27000光年，所以在我们看来，它在天空中的大小对我们而言就好比月亮上的一个甜甜圈。为了拍摄到它的样子，该团队启动了强大的事件视界望远计划（事件视界望远，Event Horizon Telescope，简称EHT，是一个以观测星系中心超大质量黑洞为主要目标的计划），该计划将地球上现有的8个射电天文台连接在一起，形成了一个“地球大小”的虚拟望远镜。2017年，EHT在多个晚上观测到SgrA*，连续好几个小时收集数据，这种方式类似于在相机上使用长时间曝光的手法。

除了其他设施，EHT无线电天文台网络还包括智利阿塔卡马沙漠的阿塔卡马大毫米/亚毫米阵列(the Atacama Large Millimeter/submillimeter Array，简称ALMA)和阿塔卡马探路者探索号(the Atacama Pathfinder EXperiment，APEX)，该设施由ESO代表其欧洲成员国共同拥有和运营。欧洲成员还使用其他射电天文台对ETH观测做出了贡献——包括西班牙的IRAM30米望远镜，自2018年后加入的法国北方扩展毫米阵列(the NOrthern Extended Millimeter Array，简称NOEMA)——以及使用德国马克斯·普朗克射电天文研究所（the Max Planck Institute for Radio Astronomy）的超级计算机整合ETH数据。此外，欧洲通过欧洲研究理事会（the European Research Council）和德国马克斯·普朗克协会（the Max Planck Society）的资助，为EHT联盟项目提供了资金。

阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列（Atacama Large Millimeter/submillimeter Array,ALMA）
图片来源：almaobservatory

ESO总干事泽维尔·巴森（Xavier Barcons）评论道：“这么多年来，ESO一直致力于揭开黑洞的奥秘并在其中发挥了重要的作用，特别在对SgrA*的观测上，这非常令人兴奋。”“ESO不仅通过ALMA和APEX设施对EHT观测做出了贡献，而且与智利的其他天文台一起，在先前实现了对银河系中心的一系列突破性观测。”

在EHT成立之前，ESO就已经在2019年发布了第一张名为M87*的黑洞图像，它位于更遥远的梅西耶87星系的中心。这两个黑洞看起来极为相似，虽然银河系的黑洞比M87*小一千多倍。“我们目前有两个完全不同类型的星系和两个质量极具差异的黑洞，但接近这些黑洞边缘，我们会发现它们惊人地相似。”来自荷兰阿姆斯特丹大学的理论天体物理学教授塞拉马科夫（Sera Markoff，他同时担任EHT科学委员会联合主席）说。“这告诉我们，黑洞表现出的特征受广义相对论制约，而我们在更远的地方看到的差异则是由于黑洞周围物质的不同所导致的。”

拍摄银河系中心的黑洞比拍摄M87*要困难得多，尽管SgrA*离我们更近。来自美国亚利桑那大学斯图尔德天文台天文系和数据科学研究所的EHT科学家Chi-kwan('CK')Chan说，“SgrA*以及M87*两个黑洞附近的气体以相同的速度在移动——移动的速度几乎和光速一样。但气体围绕体积较大的M87*轨道旋转一周需要几天到几周的时间，而围绕小得多的SgrA*轨道旋转一周只需要几分钟。这意味着，ETH观测的期间，SgrA*周围气体的亮度和模式正在迅速变化——这有点像在试图拍摄一只快速追逐自己尾巴的小狗。”

研究人员们必须要开发一种复杂的新仪器来负责处理环绕在SgrA*周围的气体。对比起来，M87*是一个更简单、更稳定的被摄目标，几乎所有图像看起来都一样，但是SgrA*却不是如此。SgrA*黑洞图像是研究者从不同图像中提取出的平均值，最终才第一次向公众公布了潜藏在银河系中央的巨大黑洞。

这是来自世界各地80个研究所的300多名研究人员组成的EHT组织共同努力创造的成果。除了开发复杂的仪器来克服SgrA*成像挑战外，该团队还用了将近五年的时间进行严密工作，使用超级计算机来组合和分析采集到的数据，同时编制了一个前所未有的模拟黑洞库与观测结果进行比较。

令科学家们兴奋的是，他们终于得到了两个大小极其不同的黑洞图像，这给他们提供了了解黑洞之间相似和差异的机会。他们还开始使用新的数据来测试气体在超大质量黑洞周围的动态理论和模型。这一过程虽然尚未完全为科学家所了解，但被认为在塑造星系的形成和演化中发挥了关键作用。

“现在我们可以研究这两个超大质量黑洞之间的差异，以获得关于黑洞的运行这一重要过程的宝贵新线索，”科学家浅田圭一（Keiichi Asada）说。我们有两个黑洞的图像——一个落在宇宙超大质量黑洞的质量上限端，一个落在质量下限端——所以我们可以比以往任何时候都更进一步地测试这种极端环境下重力的行为。”

EHT的进展仍在继续：在2022年3月的一项重大观测活动中，使用了比以往更多的望远镜。EHT网络的持续扩展和重大的技术升级将使科学家们能够在不久的将来分享更多令人印象深刻的图像和黑洞影像。

翻译：仇艳菲

审校：董子晨曦

引进来源：欧洲南方天文台（European Southern Observatory，ESO）