一項(xiàng)國(guó)際合作的研究，公布了足以載入史冊(cè)的觀測(cè)結(jié)果——人類首次拍到了黑洞的影像。
史上第一張黑洞照片 | EHT
“事件視界望遠(yuǎn)鏡”（Event Horizon Telescope EHT），是一個(gè)行星級(jí)別的望遠(yuǎn)鏡陣列，由位于世界各地的8臺(tái)地基射電望遠(yuǎn)鏡經(jīng)由國(guó)際合作而構(gòu)成。今天，在全球范圍的聯(lián)合新聞發(fā)布會(huì)上，EHT的研究者宣布他們已經(jīng)獲得了成功，揭示了超大質(zhì)量黑洞及其黑洞陰影的首個(gè)直接視覺(jué)證據(jù)。
這一重大突破今天也在《天體物理學(xué)快報(bào)》特刊上以6篇論文的形式公布。這幅影像揭示了室女座星系團(tuán)中M87星系中心的黑洞。這個(gè)黑洞距離地球有5500萬(wàn)光年，質(zhì)量是太陽(yáng)的65億倍。
EHT將全球各地的望遠(yuǎn)鏡連接起來(lái)，形成了一臺(tái)口徑與地球直徑相當(dāng)?shù)奶摂M望遠(yuǎn)鏡，具有前所未有的靈敏度與分辨率。EHT是國(guó)際合作多年的成果，在首次驗(yàn)證愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論的歷史實(shí)驗(yàn)恰逢百年之際，它為科學(xué)家提供了一種全新的方式，來(lái)研究這一理論所預(yù)言的宇宙中最為極端的天體。
美國(guó)哈佛-史密森天體物理中心的項(xiàng)目主任Sheperd S. Doeleman說(shuō)：“我們拍攝了第一張黑洞的照片，這是超過(guò)200名研究人員組成的團(tuán)隊(duì)完成的非凡科學(xué)成就?！?/p>
黑洞是一種極其不尋常的天體，質(zhì)量大到無(wú)以復(fù)加，尺寸卻很小。黑洞的存在，以極端的方式影響著它們周圍的環(huán)境，彎曲了時(shí)空，同時(shí)又將周圍的一切物質(zhì)加熱到極高的溫度。
“如果黑洞處在一個(gè)明亮的區(qū)域，比如一個(gè)發(fā)光的氣體盤中，我們預(yù)期會(huì)看到它在其中形成一個(gè)暗區(qū)，類似于陰影——這曾被愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論所預(yù)測(cè)過(guò)，但我們從來(lái)都沒(méi)有親眼見過(guò)?！盓HT科學(xué)委員、荷蘭拉德堡德大學(xué)的Heino Flacke解釋說(shuō)，“引力彎曲和事件視界捕獲光線，產(chǎn)生的這樣一個(gè)暗區(qū)，揭示了此類迷人天體的大量特性，也讓我們能夠測(cè)量M87中心黑洞那巨大的質(zhì)量?！?/p>
利用多種校準(zhǔn)方法和成像方法，這項(xiàng)觀測(cè)揭示出了一個(gè)環(huán)狀結(jié)構(gòu)，中間有一個(gè)黑色區(qū)域，這便是黑洞的身影了。在EHT進(jìn)行的多次獨(dú)立觀測(cè)中，黑洞的身影始終清晰可見。
“一旦確信拍到了這個(gè)陰影，我們就能把觀測(cè)結(jié)果跟計(jì)算機(jī)模型進(jìn)行比較，把彎曲空間、超熱物質(zhì)和強(qiáng)磁場(chǎng)等物理過(guò)程都考慮了進(jìn)來(lái)。我們觀測(cè)到的影像，有很多特征都跟理論對(duì)應(yīng)得很好，好得驚人?！盓HT委員會(huì)成員、東亞天文臺(tái)臺(tái)長(zhǎng)Paul T.P.解釋說(shuō)，“這讓我們對(duì)觀察結(jié)果的解釋、以及估計(jì)黑洞的質(zhì)量，都很有信心！”
創(chuàng)立EHT不是件輕松的事兒，需要升級(jí)和連接一個(gè)全球范圍內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)，這個(gè)網(wǎng)絡(luò)包含了8個(gè)高海拔地區(qū)的射電天文望遠(yuǎn)鏡陣列，充滿各種意想不到的挑戰(zhàn)。來(lái)看看它們?cè)谀膬喊桑?strong>夏威夷和墨西哥的火山、美國(guó)亞利桑那州和西班牙的山區(qū)、智利的沙漠，以及……南極。
EHT采用的是一種被稱為甚長(zhǎng)基線干涉測(cè)量（very-long-baseline interferometry ，VLBI）的技術(shù)。它能讓世界各地的射電望遠(yuǎn)鏡一起工作，并利用地球的自轉(zhuǎn)，使這些望遠(yuǎn)鏡變成了觀測(cè)波長(zhǎng)為1.3毫米、有地球那么大的射電望遠(yuǎn)鏡。這項(xiàng)技術(shù)能達(dá)到20微秒的角分辨率。這樣的精度，足夠讓一個(gè)人從巴黎的街邊咖啡館，看清紐約路人手里的報(bào)紙了。
此次做出貢獻(xiàn)的望遠(yuǎn)鏡是ALMA、APEX、IRAM 30米望遠(yuǎn)鏡、麥克斯韋望遠(yuǎn)鏡、大毫米波望遠(yuǎn)鏡、亞毫米波望遠(yuǎn)鏡陣、亞毫米波望遠(yuǎn)鏡，以及南極望遠(yuǎn)鏡。望遠(yuǎn)鏡多達(dá)數(shù)PB（1PB=1024TB）的原始數(shù)據(jù)，則由高度專業(yè)化的超級(jí)計(jì)算機(jī)整合處理。這些計(jì)算機(jī)由德國(guó)馬普射電天文學(xué)研究所和美國(guó)麻省理工學(xué)院海斯塔克天文臺(tái)提供。
EHT的構(gòu)思，以及今天公布的黑洞影像，是數(shù)十年來(lái)觀測(cè)、技術(shù)和理論工作的集大成者。這是國(guó)際團(tuán)隊(duì)合作的典范，需要來(lái)自世界各地的研究者密切配合。13個(gè)合作機(jī)構(gòu)在現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施和各種機(jī)構(gòu)的支持下，共同創(chuàng)造了EHT。重大資金支持由美國(guó)國(guó)家科學(xué)基地（NSF）、歐洲研究委員會(huì)（ERC）和東亞的基金機(jī)構(gòu)的提供。
“我們?nèi)〉玫倪@項(xiàng)成果，在上一代人看來(lái)還是不可能的?！盌oeleman這樣總結(jié)道?！翱萍嫉倪M(jìn)步、全球最好的射電望遠(yuǎn)鏡之間的合作，以及創(chuàng)新的算法，共同為我們了解黑洞與事件視界打開了一個(gè)全新的窗口?！?/p>
編譯來(lái)源：
Astronomers Capture First Image of a Black Hole
https://eventhorizontelescope.org
翻譯：Antares、Luna、李小葵、東風(fēng)、劈柴
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