首張銀河系中心黑洞照片意義重大

□ 張晨

近日，國際天文學(xué)家團(tuán)隊(duì)公布了由事件視界望遠(yuǎn)鏡（EHT）拍攝的銀河系中心黑洞圖像。這是繼2019年4月EHT 望遠(yuǎn)鏡在人類歷史上首次拍攝到河外星系M87中心的超大質(zhì)量黑洞后的第二張黑洞照片，也是人類獲得的首張銀河系中心黑洞照片。

此次拍攝到的目標(biāo)位于銀河系中心一個(gè)被稱為人馬座A＊的大質(zhì)量天體，它被天文界廣泛認(rèn)為是一個(gè)大質(zhì)量黑洞，但之前沒有直接證據(jù)確認(rèn)。此次EHT望遠(yuǎn)鏡的成像最終確定了人馬座A＊作為大質(zhì)量黑洞的身份。

天文學(xué)家在過去數(shù)十年的研究中，已經(jīng)確定了在人馬座A＊有相當(dāng)于400萬個(gè)太陽的質(zhì)量被壓縮在幾個(gè)行星大小的范圍內(nèi)，而如此質(zhì)量和大小的天體只可能是黑洞。不過，這只是基于數(shù)據(jù)的推測(cè)，還有天文學(xué)家認(rèn)為人馬座A＊可能只是一種特殊的暗物質(zhì)團(tuán)。

如今，EHT 望遠(yuǎn)鏡對(duì)銀河系中心黑洞的成像，再結(jié)合此前的研究，直接證明了銀河系中心黑洞的存在。

眾所周知，黑洞本身是不發(fā)光的，人類并不能直接通過望遠(yuǎn)鏡獲得其圖像，只有當(dāng)黑洞吸入周圍大量的物質(zhì)時(shí)，這些物質(zhì)會(huì)高速旋轉(zhuǎn)和互相碰撞，發(fā)出劇烈的電磁輻射，才能被EHT望遠(yuǎn)鏡記錄下來。

2017年，天文學(xué)家開始使用EHT望遠(yuǎn)鏡對(duì)河外星系M87 中心和銀河系中心的人馬座A＊進(jìn)行觀測(cè)。相比河外星系M87 的超大質(zhì)量黑洞，銀河中心的大質(zhì)量黑洞不是很活躍，所以吸積的劇烈程度遠(yuǎn)不如M87中央的黑洞，而且銀河中心的大質(zhì)量黑洞被淹沒在銀盤的塵埃帶和各種天體的閃光中，對(duì)EHT 望遠(yuǎn)鏡成像提出了很大挑戰(zhàn)。

雖然此次獲得的圖像和3年前拍攝的那張照片類似，但對(duì)揭示在不同量級(jí)黑洞的表現(xiàn)上有著重要作用。

河外星系M87 的黑洞屬于超大質(zhì)量黑洞，起源于宇宙早期，形成的機(jī)理有兩種可能：一種是大質(zhì)量恒星的死亡產(chǎn)生的種子黑洞；另一種可能是物質(zhì)直接坍縮形成，再經(jīng)過漫長(zhǎng)的吸積而形成超大質(zhì)量黑洞。

銀河系中心的黑洞不屬于超大質(zhì)量黑洞，對(duì)它的成像能夠幫助人類更好地研究黑洞周圍的結(jié)構(gòu)，例如吸積盤和吸積流等。對(duì)人馬座A＊附近高速運(yùn)動(dòng)天體的觀察也能更好地觀測(cè)和計(jì)算引力對(duì)空間的扭曲，進(jìn)一步驗(yàn)證廣義相對(duì)論的正確性。

接下來，EHT望遠(yuǎn)鏡還將繼續(xù)探測(cè)黑洞周圍氣體運(yùn)行的軌跡，并檢驗(yàn)黑洞對(duì)光線的偏折，進(jìn)一步探測(cè)黑洞的結(jié)構(gòu)和檢驗(yàn)廣義相對(duì)論。

通過對(duì)河外星系M87黑洞和銀河系中心黑洞這兩個(gè)不同黑洞行為的對(duì)比，可以研究不同黑洞的特征。通過觀測(cè)以縮小廣義相對(duì)論的計(jì)算誤差，為引力物理學(xué)帶來全新突破。

3年前，EHT望遠(yuǎn)鏡讓人類看到了史上第一張黑洞照片。今天，我們終于看到了屬于人類所在星系中心的超大質(zhì)量黑洞。盡管銀河系中心的黑洞比河外星系M87中心的黑洞小1000 多倍，質(zhì)量也比它小很多，但這兩個(gè)在不同星系且具有非常不同質(zhì)量的黑洞看起來非常相似。有了這兩張照片，人類可以更深入地測(cè)試引力在這些極端環(huán)境中的行為。

這次前所未有的觀測(cè)也將極大提升人類對(duì)銀河系中心的理解，并為這些巨大的黑洞如何與周圍環(huán)境相互作用提供新見解。后續(xù)對(duì)黑洞的對(duì)比研究也將進(jìn)一步提升天文學(xué)家對(duì)黑洞這一極端天體的理解。

另外，對(duì)廣義相對(duì)論的理解或許可以使人類對(duì)現(xiàn)在宇宙中其余黑洞的行為做出描述，并理解那些遙遠(yuǎn)的類星體的行為；可以對(duì)早期宇宙和太初黑洞進(jìn)行一個(gè)對(duì)應(yīng)的特征描寫。