苗千

人類第一張黑洞照片的問(wèn)世過(guò)程不可謂不隆重。在4月10日這天，全世界六地共同舉行新聞發(fā)布會(huì)，向全世界展示這張關(guān)于黑洞的照片。

人們通常認(rèn)為黑洞是一種能夠吸收附近一切物質(zhì)的恐怖天體，就連光線都逃不出來(lái)。而想要給一個(gè)物體拍照，則需要收集這個(gè)物體所發(fā)射或反射的光線——那么，人類如何才能給在數(shù)千萬(wàn)光年之外的黑洞拍照？

從物理學(xué)的角度來(lái)說(shuō)，黑洞并不算完全的黑暗。所謂“黑洞不黑”，就是說(shuō)黑洞自身也會(huì)向外發(fā)射輻射，這正是以理論物理學(xué)家史蒂芬·霍金命名的“霍金輻射”。

盡管在理論上黑洞會(huì)向外界輻射，但這種效應(yīng)實(shí)在是太過(guò)微弱，對(duì)于距離黑洞數(shù)千萬(wàn)光年之外的人類來(lái)說(shuō)，根本不可能探測(cè)到來(lái)自黑洞的霍金輻射，更不要說(shuō)以此為黑洞照相了。

因此，人類此次得到的黑洞的照片，實(shí)際上是黑洞在圍繞其運(yùn)轉(zhuǎn)的高能量吸積盤中間呈現(xiàn)出的一個(gè)黑色的輪廓。

想在地球上觀測(cè)一個(gè)數(shù)千萬(wàn)光年之外的黑洞輪廓絕不容易，這就需要借助事件視界望遠(yuǎn)鏡的能力了。所謂事件視界望遠(yuǎn)鏡，是一個(gè)全球性的天文望遠(yuǎn)鏡網(wǎng)絡(luò)。通過(guò)位于全球各處的8個(gè)天文望遠(yuǎn)鏡協(xié)作工作，把整個(gè)地球變成了一架超級(jí)射電望遠(yuǎn)鏡，也只有如此，人類才能夠首次拍攝到黑洞的照片。

事件視界望遠(yuǎn)鏡因?yàn)楹诙吹摹耙暯纭倍妹Ｋ^視界，是指黑洞周圍一個(gè)數(shù)學(xué)上的邊界，在這個(gè)邊界以內(nèi)，在引力作用下一切物質(zhì)都會(huì)墜入黑洞有去無(wú)回。事件視界望遠(yuǎn)鏡正是希望勾勒出黑洞的邊界。這個(gè)科學(xué)項(xiàng)目源于德國(guó)拉德堡德大學(xué)的天體物理學(xué)教授海諾·法爾克最初在1993年產(chǎn)生的一個(gè)想法，他認(rèn)為如果世界上的射電望遠(yuǎn)鏡可以協(xié)同工作，就可能收集到黑洞周圍發(fā)射的射電信號(hào)，最終描繪出黑洞的樣子。

經(jīng)過(guò)十多年的努力，最終在發(fā)布會(huì)上展示的黑洞是5500萬(wàn)光年之外室女座星系團(tuán)中一個(gè)超大質(zhì)量星系“M87”的中心黑洞。這個(gè)黑洞的質(zhì)量大約是太陽(yáng)的65億倍，直徑達(dá)到400億公里，是人類已知最大的黑洞之一。實(shí)際上，它只是事件視界望遠(yuǎn)鏡在2017年觀測(cè)的兩個(gè)超重黑洞之一，另一個(gè)被觀測(cè)的黑洞是位于銀河系中心的人馬座A*黑洞。

發(fā)布會(huì)上展示的照片中，在吸積盤的明亮背景下，M87星系中心黑洞投下了一個(gè)巨大的圓形陰影。黑洞一側(cè)的輪廓相比于另外一側(cè)更加明亮，這是因?yàn)楹诙醋陨恚ɑ蚴瞧湮e盤）在旋轉(zhuǎn)，因此光線射向地球的一側(cè)看上去更加明亮，而光線遠(yuǎn)離地球的一側(cè)看上去就暗淡很多。

人類這次獲得M87星系中心黑洞的照片，是一次“大科學(xué)”項(xiàng)目的勝利。在火山和沙漠等地球上干擾較少的一些極端環(huán)境中，8個(gè)射電望遠(yuǎn)鏡被聯(lián)結(jié)成一個(gè)整體，協(xié)同合作，望向5500萬(wàn)光年之外的黑洞。不同望遠(yuǎn)鏡所獲得的海量數(shù)據(jù)被儲(chǔ)存在數(shù)百個(gè)硬盤之中，最終又被合并。全世界200多位科學(xué)家協(xié)同工作，進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析和處理。

在未來(lái)會(huì)有更多的射電望遠(yuǎn)鏡加入到事件視界望遠(yuǎn)鏡的網(wǎng)絡(luò)之中，這個(gè)網(wǎng)絡(luò)甚至可能拓展到太空之中。隨著21世紀(jì)人類大科學(xué)項(xiàng)目的進(jìn)展，會(huì)有越來(lái)越多的科學(xué)發(fā)現(xiàn)展示在人們面前，而這張M87星系中心黑洞的照片，也將作為人類科學(xué)進(jìn)步的標(biāo)志之一，被人們銘記。