世界首張黑洞照片發(fā)布 中國天文學(xué)家參與

人類史上第一張黑洞影像(圖片來源：中國科學(xué)院上海天文臺)

來自中國科學(xué)院上海天文臺的消息，北京時間今晚9時，事件視界望遠鏡(EHT)宣布已經(jīng)成功獲得了超大黑洞的第一個直接視覺證據(jù)。

EHT是一個通過國際合作而實現(xiàn)的、由八個地面射電望遠鏡組成的觀測陣列，主要旨在通過形成一個口徑如地球大小的“虛擬”望遠鏡來捕捉黑洞的圖像。

《天體物理學(xué)雜志通信》于4月10日以特刊的形式通過六篇論文發(fā)表了這一重大結(jié)果。該黑洞圖像揭示了室女座星系團中超大質(zhì)量星系Messier 87中心的黑洞。該黑洞距離地球5500萬光年，質(zhì)量為太陽的65億倍。

EHT把地球上的望遠鏡“組合”起來形成一個口徑如地球大小的“虛擬”望遠鏡，所達到的靈敏度和分辨本領(lǐng)都是前所未有的。百年之前，愛因斯坦廣義相對論得到了首次試驗驗證。如今，作為多年國際合作的結(jié)果，EHT為科學(xué)家們提供了研究宇宙中最極端天體的新方法。

“我們捕獲到了黑洞的首張照片”，來自天體物理中心|哈佛大學(xué)及史密松寧學(xué)會的EHT項目主任Sheperd S. Doeleman說,“這是一項由200多位科研人員組成的團隊完成的非凡的科研成果。”

黑洞是一種被極度壓縮的宇宙天體，在一個很小的區(qū)域內(nèi)包含著令人難以置信的質(zhì)量。這種天體的存在以極端的方式影響著周圍的環(huán)境，讓時空彎曲，并將周圍的氣體吸引進來。在此過程中，氣體的引力能轉(zhuǎn)化成熱能， 因此氣體的溫度變得很高，會發(fā)出強烈的輻射。

“如此一來，黑洞就像沉浸在一片類似發(fā)光氣體的明亮區(qū)域內(nèi)，我們期望著黑洞會形成一個類似陰影的黑暗區(qū)域。這正是愛因斯坦廣義相對論所預(yù)言的，可我們以前從未見過。”EHT科學(xué)委員會主席、來自荷蘭Radbound大學(xué)的HeinoFalcke解釋。“這個暗影的形成，源于光線的引力彎曲和黑洞視界對光子的捕獲。暗影揭示了黑洞這類迷人天體的很多本質(zhì)，也使得我們能夠測量M87黑洞的巨大質(zhì)量。”

多次獨立的EHT觀測通過多個校準以及不同的成像方法均揭示了一個環(huán)狀的結(jié)構(gòu)及其中心的暗弱區(qū)域，即黑洞陰影。

“一旦我們成功對黑洞陰影成像，就可以將觀測結(jié)果與理論預(yù)言相比較，檢驗考慮了時空彎曲、超高溫及超強磁場等物理性質(zhì)在內(nèi)的大量模型。令人驚訝的是，我們所觀測到圖像的許多特征與理論預(yù)言相匹配”，EHT 董事會成員賀曾樸評論道，“這使得我們對觀測的理論解釋，包括對黑洞質(zhì)量的測量，都充滿信心。”

創(chuàng)建EHT是一項艱巨的挑戰(zhàn)，需要升級和連接部署八個現(xiàn)有的射電望遠鏡來組成全球網(wǎng)絡(luò)，而這些望遠鏡分布在各種具有挑戰(zhàn)性的高海拔地區(qū)，包括夏威夷和墨西哥的火山、亞利桑那州的山脈、西班牙的內(nèi)華達山脈、智利的阿塔卡馬沙漠以及南極點。

EHT觀測使用了甚長基線干涉測量(VLBI)技術(shù)，觀測波段是1.3毫米。世界各地的射電望遠鏡同步觀測，同時利用地球自轉(zhuǎn)，形成一個口徑如地球大小的“虛擬”望遠鏡，達到的分辨率約20微角秒，足以在巴黎的一家路邊咖啡館閱讀紐約的報紙。

參與此次觀測的望遠鏡包括ALMA、APEX、IRAM 30米望遠鏡、James Clerk Maxwell望遠鏡、大毫米波望遠鏡(LMT)、亞毫米波陣(SMA)、亞毫米波望遠鏡(SMT)和南極望遠鏡(SPT)。馬普射電所和麻省理工學(xué)院Haystack天文臺的專用超級計算機負責(zé)了對原始觀測數(shù)據(jù)的互相關(guān)工作。

EHT的建設(shè)和今天宣布的觀測結(jié)果源于數(shù)十年觀測、技術(shù)和理論工作的堅持和積累。這與來自世界各地的研究人員的密切合作是分不開的，是全球團隊合作的典范。13個合作機構(gòu)共同創(chuàng)建了EHT，使用了既有的基礎(chǔ)設(shè)施并獲得了各種機構(gòu)的支持。主要資金由美國國家科學(xué)基金會(NSF)、歐盟歐洲研究理事會(ERC)和東亞資助機構(gòu)提供。

這一激動人心的成果受到了中國科學(xué)院天文大科學(xué)中心(CAMS)的支持，CAMS由中國國家天文臺、紫金山天文臺和上海天文臺共同建立，是EHT的一個合作機構(gòu)(EHT共有3個合作機構(gòu))的成員。上海天文臺臺牽頭組織協(xié)調(diào)國內(nèi)學(xué)者通過該合作機構(gòu)參與此次EHT項目合作。

“對M87中心黑洞的順利成像絕不是EHT國際合作的終點站，”上海天文臺臺長沈志強研究員說。“我們期望也相信在不久的將來EHT會有更多令人興奮的結(jié)果。”

“我們已經(jīng)取得了一代人以前認為不可能做到的事情”，Doeleman總結(jié)到。“技術(shù)的突破、世界上最好的射電天文臺之間的合作、創(chuàng)新的算法都匯聚到一起，打開了一個關(guān)于黑洞和事件視界的全新窗口。”

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