人類首張黑洞照片 黑洞是怎么形成的？

　　黑洞的照片是怎么拍出來的?

　　雖然科學(xué)家們看不到黑洞的本體，但可以一直追溯到光子消失的“視界”，這是我們能“看到”的極限。

　　黑洞周圍的確會(huì)存在一些發(fā)光的現(xiàn)象，比如黑洞在吃掉周圍的恒星時(shí)，會(huì)將恒星的氣體撕扯到身邊，形成一個(gè)旋轉(zhuǎn)的吸積盤。黑洞有時(shí)候也會(huì)“打嗝”，一部分吸積氣體會(huì)沿轉(zhuǎn)動(dòng)方向被拋射出去，形成噴流。

　　吸積盤和噴流都會(huì)因氣體摩擦而產(chǎn)生明亮的光線，以及其他頻段的輻射。

　　什么樣的望遠(yuǎn)鏡可以對(duì)黑洞成像?

　　要對(duì)黑洞成像，必須保證望遠(yuǎn)鏡足夠靈敏，能分辨的細(xì)節(jié)足夠小，從而能保證看得到和看得清。滿足這些條件，最好的工具莫過于1967年出現(xiàn)的甚長(zhǎng)基線干涉測(cè)量技術(shù)(值得一提的是，該VLBI技術(shù)也成功應(yīng)用于我國(guó)嫦娥探月工程的探測(cè)器的測(cè)定位)。假定在1毫米波長(zhǎng)探測(cè)，一個(gè)長(zhǎng)度為1萬千米的基線能獲得約21微角秒的分辨本領(lǐng)。

　　這次拍到了哪個(gè)黑洞的照片?

　　兩個(gè)超大質(zhì)量黑洞。一個(gè)是銀河系中心黑洞Sgr A*，一個(gè)位于室女座的M87星系中心。之所以選擇這兩個(gè)目標(biāo)，而不是銀河系中更近的恒星級(jí)黑洞，是因?yàn)樗鼈兊囊暯鐝牡厍蛏峡醋銐虼蟆?/p>

　　長(zhǎng)久以來，科學(xué)家們就發(fā)現(xiàn)幾千億顆恒星圍繞著銀河系中心轉(zhuǎn)動(dòng)，推測(cè)出那里存在一個(gè)超大質(zhì)量的天體。根據(jù)計(jì)算，Sgr A*的質(zhì)量大約相當(dāng)于400萬個(gè)太陽，視界半徑約2400萬公里。聽起來足夠大，不過，鑒于銀河系中心黑洞遠(yuǎn)在2.5萬光年(約24億億公里)之外，實(shí)際效果相當(dāng)于在地球上觀察一顆放在月球上的橙子，或者在北京看清上海一顆高爾夫球上的小坑。

　　M87中心的超大質(zhì)量黑洞則達(dá)到了66億倍太陽質(zhì)量，視界范圍大約是冥王星軌道的三倍。當(dāng)然，因?yàn)榫嚯x更遠(yuǎn)的緣故，M87中心黑洞在地球上看的實(shí)際效果與Sgr A*可能相差不大。

　　怎么拍出分辨率這么高的照片?

　　全球望遠(yuǎn)鏡組成陣列，聯(lián)合觀測(cè)，形成一個(gè)有效口徑等于地球直徑的大望遠(yuǎn)鏡。這個(gè)虛擬的大望遠(yuǎn)鏡叫做“事件視界望遠(yuǎn)鏡”(EHT)，由8臺(tái)望遠(yuǎn)鏡組成。分別是：南極望遠(yuǎn)鏡(South Pole Telescope);位于智利的阿塔卡馬大型毫米波陣(Atacama Large Millimeter Array，ALMA);位于智利的阿塔卡馬探路者實(shí)驗(yàn)望遠(yuǎn)鏡(Atacama Pathfinder Experiment);墨西哥的大型毫米波望遠(yuǎn)鏡(Large Millimeter Telescope);位于美國(guó)亞利桑那州的(Submillimeter Telescope);位于夏威夷的麥克斯韋望遠(yuǎn)鏡(James Clerk Maxwell Telescope，JCMT);位于夏威夷的亞毫米波望遠(yuǎn)鏡(Submillimeter Array);位于西班牙的毫米波射電天文所的30米毫米波望遠(yuǎn)鏡。它們?cè)?017年4月對(duì)兩個(gè)黑洞目標(biāo)進(jìn)行了聯(lián)合觀測(cè)。

　　從2018年起，又有格陵蘭島望遠(yuǎn)鏡、位于法國(guó)的IRAM NOEMA天文臺(tái)和位于美國(guó)的基特峰國(guó)立天文臺(tái)加入后續(xù)的研究和校準(zhǔn)工作。

　　全球一共60多個(gè)研究機(jī)構(gòu)參與了研究，其中包括中國(guó)科學(xué)院下屬的上海天文臺(tái)、云南天文臺(tái)等機(jī)構(gòu)，以及華中科技大學(xué)、南京大學(xué)、中山大學(xué)、北京大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院大學(xué)、臺(tái)灣大學(xué)等高校。這也是中國(guó)上海和臺(tái)北兩地聯(lián)合舉辦新聞發(fā)布會(huì)的原因。

　　只可遠(yuǎn)觀：會(huì)把人變成意大利面

　　盡管人們對(duì)黑洞的熱情高漲，但其只可遠(yuǎn)觀而不可接近，否則，后果很嚴(yán)重。簡(jiǎn)單來說，如果你和黑洞靠得太近，你就會(huì)就像意大利面一樣被拉長(zhǎng)。這一現(xiàn)象有個(gè)極富創(chuàng)意的名字“意大利面條效應(yīng)”。之所以會(huì)產(chǎn)生這種效應(yīng)，是因?yàn)槿梭w各處受到的引力大小不同。

　　如果你兩腳朝下飛向黑洞，由于你的腳離黑洞更近，它受到的引力將比頭部受到的引力要大。更糟糕的是，由于胳膊并非位于身體中心，它們被拉長(zhǎng)的方向會(huì)與頭部的朝向稍有不同，你身體的邊緣部位會(huì)被拉進(jìn)身體里。最后的結(jié)果是，你的身體不僅被拉長(zhǎng)了，而且還變細(xì)了。因此，還沒等你(或其他物體)抵達(dá)黑洞中心，你就早早地變成了一根意大利面條。