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　　在(zai)包(bao)括上海在(zai)內的(de)(de)(de)(de)全(quan)球(qiu)各(ge)地同時(shi)召開(kai)的(de)(de)(de)(de)新聞發布會上，天文(wen)學家向(xiang)人(ren)們展示了位于我們銀河系(xi)中心(xin)的(de)(de)(de)(de)超大(da)質量黑洞的(de)(de)(de)(de)首張照片。這(zhe)(zhe)一成果給出(chu)了該天體就是黑洞的(de)(de)(de)(de)實證，為(wei)理(li)解這(zhe)(zhe)種被認為(wei)居于大(da)多數星系(xi)中心(xin)的(de)(de)(de)(de)“巨(ju)獸”的(de)(de)(de)(de)行為(wei)提(ti)供了寶(bao)貴的(de)(de)(de)(de)線索。該照片由(you)事件視界望(wang)遠鏡(jing)（EHT）合作組織這(zhe)(zhe)個國際研究(jiu)團隊(dui)，通過(guo)分布在(zai)全(quan)球(qiu)的(de)(de)(de)(de)射電望(wang)遠鏡(jing)組網“拍攝”而成。

圖1：銀河系中心黑(hei)洞的首張照(zhao)片！（EHT合作組織(zhi)提(ti)供）

　　這是(shi)我們銀河系中(zhong)心超大質量黑(hei)(hei)洞(dong)Sgr A*的(de)首張照片，是(shi)這個黑(hei)(hei)洞(dong)真實存在的(de)首個直(zhi)接視覺證據(ju)。該照片由(you)分布(bu)在地(di)球上的(de)八個射(she)電(dian)望(wang)遠鏡(jing)組成的(de)、一個等(deng)效于地(di)球般大小的(de)虛(xu)擬望(wang)遠鏡(jing)（即，EHT）所捕(bu)獲(huo)。望(wang)遠鏡(jing)以事(shi)件視界（即，光(guang)線也(ye)無法逃脫的(de)黑(hei)(hei)洞(dong)邊界）命名(ming)。因為(wei)黑(hei)(hei)洞(dong)不(bu)發光(guang)，所以我們看不(bu)見(jian)黑(hei)(hei)洞(dong)自身(shen)，但(dan)繞(rao)轉的(de)發光(guang)氣(qi)體給(gei)出(chu)了(le)其存在的(de)信號：一個被亮(liang)環狀結構(gou)圍繞(rao)的(de)暗弱中(zhong)心區域（稱之(zhi)為(wei)陰(yin)影）。照片上顯現出(chu)的(de)（射(she)電(dian)）光(guang)都是(shi)由(you)該黑(hei)(hei)洞(dong)的(de)強大引力彎曲所致(zhi)，這個黑(hei)(hei)洞(dong)的(de)質量超過了(le)太陽質量的(de)四百萬(wan)倍。這張照片是(shi)EHT團隊(dui)將從Sgr A*的(de)2017年(nian)觀測數據(ju)中(zhong)提取出(chu)的(de)不(bu)同照片平均而成（見(jian)圖(tu)2）。

　　這是(shi)一張期待已久(jiu)的(de)關(guan)于我們銀河(he)系(xi)中(zhong)心的(de)大質量天(tian)體(ti)的(de)真面目(mu)肖像。科(ke)學家(jia)之前已觀測到眾多的(de)恒星圍繞著銀河(he)系(xi)中(zhong)心一個(ge)不可見(jian)的(de)、致密的(de)和質量極大的(de)天(tian)體(ti)作軌道運動。這已強烈暗示這個(ge)被稱作人(ren)馬座A*（Sagittarius A*：Sgr A*）的(de)天(tian)體(ti)是(shi)一個(ge)黑洞，而今(jin)天(tian)發(fa)布的(de)照(zhao)片則提供了(le)首個(ge)直接的(de)視覺證據。

　　因為黑(hei)洞不發光(guang)，所(suo)以我們看不見黑(hei)洞自身，但繞轉的(de)(de)發光(guang)氣體(ti)給(gei)出了(le)其存在的(de)(de)信號：一(yi)個被(bei)亮(liang)環狀(zhuang)結構圍繞的(de)(de)暗弱中心區域(yu)（稱之為陰(yin)影）。照(zhao)片上(shang)顯現(xian)出的(de)(de)（射電）光(guang)都是由(you)該(gai)黑(hei)洞的(de)(de)強(qiang)大引力彎曲所(suo)致，這個黑(hei)洞的(de)(de)質量超過了(le)太(tai)陽質量的(de)(de)四百萬倍。

　　“我(wo)們驚嘆于環(huan)的(de)大小與(yu)愛因斯坦廣義(yi)相對論預測結(jie)果出奇一致，”來自天(tian)(tian)(tian)文與(yu)天(tian)(tian)(tian)體(ti)物(wu)(wu)理研究所(suo)(suo)的(de)EHT項目科學家Geoffrey Bower說(shuo)，“這些前所(suo)(suo)未有的(de)觀測極大地提(ti)升了我(wo)們對銀河系中心所(suo)(suo)發(fa)生(sheng)一切的(de)認識，并為(wei)了解超(chao)大質量黑洞如何與(yu)周圍(wei)環(huan)境相互作用提(ti)供了全新視角(jiao)”。EHT團隊的(de)研究成(cheng)果今(jin)天(tian)(tian)(tian)以特刊(kan)的(de)形(xing)式發(fa)表在《天(tian)(tian)(tian)體(ti)物(wu)(wu)理學雜志通信》。[詳見//iopscience.iop.org/journal/2041-8205/page/Focus_on_First_Sgr_A_Results]

　　因為銀河系中(zhong)心黑(hei)洞距離地球(qiu)有二(er)萬七千光年(nian)之遙，所以(yi)它的(de)大小(xiao)(xiao)看(kan)上(shang)去與從(cong)地球(qiu)上(shang)看(kan)38萬千米遠(yuan)(yuan)月亮(liang)上(shang)的(de)甜甜圈大小(xiao)(xiao)差不(bu)多。為了(le)(le)給它拍這張照片，研究團隊創建了(le)(le)觀測利器EHT，由(you)分(fen)布(bu)在全球(qiu)六地的(de)八個射(she)電望(wang)遠(yuan)(yuan)鏡組(zu)成(cheng)的(de)一個猶如(ru)(ru)地球(qiu)那么大的(de)虛擬望(wang)遠(yuan)(yuan)鏡[1]。EHT對(dui)Sgr A*開展了(le)(le)多個晚上(shang)的(de)觀測，每次連續采集了(le)(le)好幾個小(xiao)(xiao)時的(de)數據(ju)，就如(ru)(ru)同相(xiang)機的(de)長時間曝(pu)光。

　　這是(shi)EHT合作組織繼2019年發布人類(lei)第一(yi)張黑洞(dong)照(zhao)片，捕獲了位(wei)于更遙遠星系M87中央黑洞(dong)（M87*）之后的又一(yi)重大突(tu)破。

　　盡管我(wo)們(men)銀河系中(zhong)心的(de)(de)(de)黑洞(dong)(dong)比M87*小了1500多倍，也輕(qing)了1500多倍，但兩個黑洞(dong)(dong)看(kan)起來格外相似(si)[2]。“它(ta)們(men)來自兩種不(bu)同(tong)類型的(de)(de)(de)星(xing)系，且具有極不(bu)相同(tong)的(de)(de)(de)黑洞(dong)(dong)質量，但當我(wo)們(men)聚焦在(zai)這(zhe)些黑洞(dong)(dong)的(de)(de)(de)邊緣(yuan)時，它(ta)們(men)看(kan)起來神奇的(de)(de)(de)相似(si)，”來自阿(a)姆斯特丹大(da)學的(de)(de)(de)理論天體物理學家(jia)、EHT科學委員會聯合主(zhu)席(xi)Sera Markoff教(jiao)授說，“這(zhe)告訴我(wo)們(men)靠近黑洞(dong)(dong)的(de)(de)(de)物體完全受廣義相對論支配(pei)，我(wo)們(men)在(zai)遠(yuan)處所看(kan)到(dao)的(de)(de)(de)不(bu)同(tong)表象是由黑洞(dong)(dong)周圍物質的(de)(de)(de)差異造(zao)成的(de)(de)(de)”。

　　盡管Sgr A*離(li)我們(men)更近(jin)，這項(xiang)成果的得來卻(que)比M87*艱難得多(duo)。來自斯(si)圖(tu)爾(er)德天(tian)(tian)文(wen)臺、亞利桑那大(da)學天(tian)(tian)文(wen)系和(he)數據科(ke)學所的EHT科(ke)學家Chi-kwan Chan解釋道：“黑(hei)洞周圍(wei)的氣(qi)體(ti)均以幾(ji)乎接近(jin)光速(su)繞(rao)著Sgr A*和(he)M87*高(gao)速(su)旋轉(zhuan)。氣(qi)體(ti)繞(rao)轉(zhuan)M87*一周需要幾(ji)天(tian)(tian)到(dao)數周時間，但對于相對小很(hen)多(duo)的Sgr A*來說，幾(ji)分鐘(zhong)內氣(qi)體(ti)即可繞(rao)轉(zhuan)一周。這意味著就在(zai)(zai)EHT觀測Sgr A*之時，該超大(da)質量黑(hei)洞周圍(wei)繞(rao)轉(zhuan)氣(qi)體(ti)的亮度和(he)圖(tu)案也在(zai)(zai)時刻快速(su)變化著。有點像(xiang)給一只正在(zai)(zai)追逐(zhu)自己(ji)尾巴(ba)的小狗拍(pai)張清(qing)晰照(zhao)片”。

　　研究人員不得不開(kai)發新的(de)復雜的(de)工具(ju)來(lai)考慮(lv)圍繞Sgr A*的(de)氣體(ti)運動。為(wei)M87*這種穩定和幾(ji)乎所有圖案都相同的(de)目標成像相對(dui)容易，對(dui)于Sgr A*就(jiu)完(wan)全(quan)不一(yi)樣了(le)。Sgr A*的(de)黑(hei)洞照(zhao)片是研究團隊提取(qu)出的(de)不同照(zhao)片平均后的(de)效果(guo)，最終得以第(di)一(yi)次(ci)將隱藏在(zai)我們(men)銀河系中心的(de)“巨獸”呈現出來(lai)。

　　這集結(jie)了來(lai)自(zi)全球(qiu)80個(ge)研(yan)究機(ji)構共300多名研(yan)究人員組成(cheng)(cheng)的(de)EHT合作(zuo)組織(zhi)的(de)奇思妙想才得以實現。除(chu)了開發復雜(za)的(de)工具來(lai)克(ke)服(fu)Sgr A*成(cheng)(cheng)像面臨的(de)挑戰外，研(yan)究團隊花(hua)了五年時(shi)間(jian)，用超級計(ji)算機(ji)合成(cheng)(cheng)和分析數(shu)據(ju)，編(bian)纂了前所(suo)未(wei)有(you)的(de)黑洞模擬數(shu)據(ju)庫(ku)與觀測(ce)結(jie)果進行嚴格比對。

圖(tu)2：銀河(he)系中心黑洞的首張(zhang)照片是(shi)這樣(yang)做成的！（EHT合作組織提供）

　　EHT合作團隊(dui)將從Sgr A*的2017年EHT觀測數據中(zhong)提(ti)取的諸多照(zhao)片組合制作成一張(zhang)銀河系中(zhong)心超大質量黑(hei)洞(dong)Sgr A*的最終(zhong)照(zhao)片。

　　這張最(zui)終照(zhao)(zhao)片(pian)(pian)是(shi)通過將數(shu)(shu)千張使(shi)用不(bu)同計算(suan)方法得到的(de)(de)(de)(de)圖(tu)像(xiang)(xiang)平均起來生成的(de)(de)(de)(de)，所(suo)有(you)(you)這些圖(tu)像(xiang)(xiang)都(dou)(dou)可(ke)準確擬合(he)EHT數(shu)(shu)據。最(zui)終照(zhao)(zhao)片(pian)(pian)保留了在所(suo)有(you)(you)不(bu)同圖(tu)像(xiang)(xiang)中(zhong)更常見(jian)的(de)(de)(de)(de)特(te)征(zheng)，并抑制了不(bu)常見(jian)的(de)(de)(de)(de)特(te)征(zheng)。上(shang)述(shu)數(shu)(shu)千張不(bu)同圖(tu)像(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)(de)集(ji)合(he)可(ke)以根(gen)據它(ta)們(men)相似(si)的(de)(de)(de)(de)特(te)征(zheng)分成四個(ge)(ge)(ge)(ge)(ge)子(zi)(zi)集(ji)。圖(tu)底部一排(pai)顯示的(de)(de)(de)(de)是(shi)每(mei)個(ge)(ge)(ge)(ge)(ge)子(zi)(zi)集(ji)的(de)(de)(de)(de)平均代表性圖(tu)像(xiang)(xiang)。其中(zhong)三個(ge)(ge)(ge)(ge)(ge)子(zi)(zi)集(ji)的(de)(de)(de)(de)圖(tu)像(xiang)(xiang)都(dou)(dou)呈(cheng)環(huan)(huan)狀結構，只是(shi)環(huan)(huan)狀周圍(wei)的(de)(de)(de)(de)亮(liang)度(du)分布不(bu)同。第四個(ge)(ge)(ge)(ge)(ge)子(zi)(zi)集(ji)包含的(de)(de)(de)(de)圖(tu)像(xiang)(xiang)盡管也能(neng)與數(shu)(shu)據吻合(he)，但(dan)看(kan)上(shang)去不(bu)像(xiang)(xiang)個(ge)(ge)(ge)(ge)(ge)環(huan)(huan)。柱狀圖(tu)顯示了屬于每(mei)個(ge)(ge)(ge)(ge)(ge)子(zi)(zi)集(ji)的(de)(de)(de)(de)圖(tu)像(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)(de)相對數(shu)(shu)量(liang)。前三個(ge)(ge)(ge)(ge)(ge)子(zi)(zi)集(ji)中(zhong)每(mei)個(ge)(ge)(ge)(ge)(ge)都(dou)(dou)有(you)(you)數(shu)(shu)千張照(zhao)(zhao)片(pian)(pian)，而(er)第四個(ge)(ge)(ge)(ge)(ge)也是(shi)最(zui)小的(de)(de)(de)(de)子(zi)(zi)集(ji)中(zhong)只有(you)(you)數(shu)(shu)百張照(zhao)(zhao)片(pian)(pian)。柱狀圖(tu)的(de)(de)(de)(de)高度(du)代表每(mei)個(ge)(ge)(ge)(ge)(ge)子(zi)(zi)集(ji)對最(zui)終照(zhao)(zhao)片(pian)(pian)的(de)(de)(de)(de)相對“權重”或貢獻。

　　EHT理論和模(mo)(mo)擬工作組組長、上海交通大(da)(da)學(xue)李政道研究所的(de)副(fu)教授水野陽介（Yosuke Mizuno）說：“在成(cheng)(cheng)像過程中，我們(men)(men)使用了(le)超級計算(suan)機(ji)進(jin)行了(le)非常大(da)(da)規模(mo)(mo)的(de)計算(suan)，如上海交通大(da)(da)學(xue)的(de)思源一號，數值模(mo)(mo)擬生(sheng)成(cheng)(cheng)了(le)超過20萬張圖像，我們(men)(men)需要分(fen)析每(mei)張圖像以選擇出那些可以再現黑洞(dong)(dong)附近結構(gou)的(de)圖像。” 他主導了(le)黑洞(dong)(dong)數值模(mo)(mo)擬庫(ku)的(de)開發。

　　科學家對最終獲得(de)兩個(ge)不同大小黑洞(dong)(dong)的(de)(de)(de)(de)照片(pian)尤其興奮，這(zhe)為他們(men)的(de)(de)(de)(de)對照研究提供了條件。他們(men)已經開始用這(zhe)些新的(de)(de)(de)(de)數據來(lai)檢驗超大質量黑洞(dong)(dong)周(zhou)圍氣(qi)體(ti)行為的(de)(de)(de)(de)相關理論和模型(xing)。目(mu)前(qian)這(zhe)個(ge)過程尚(shang)不完全清楚但被認為對星系的(de)(de)(de)(de)形(xing)成和演(yan)化(hua)起(qi)了關鍵(jian)作用。

　　“現在(zai)我(wo)們(men)能就這(zhe)兩個超大質量(liang)(liang)黑洞的(de)差異展開研究(jiu)，以(yi)獲取(qu)對理解這(zhe)個重要過程有(you)價值的(de)新線索，”來自天(tian)文與天(tian)體物理研究(jiu)所的(de)EHT科學(xue)家(jia)Keiichi Asada表示(shi)。“我(wo)們(men)已(yi)有(you)了兩個質量(liang)(liang)相差1500倍以(yi)上的(de)黑洞的(de)照片，相比過去，我(wo)們(men)將可以(yi)進一步更深入地檢驗極(ji)端環境(jing)下的(de)引力”。

　　EHT并未停止觀(guan)測研究的(de)(de)腳(jiao)步(bu)：就在(zai)今年3月份(fen)剛完成了有(you)更多望遠鏡參與的(de)(de)聯合觀(guan)測。EHT的(de)(de)持續擴展(zhan)和技術革(ge)新(xin)將(jiang)使得科學家可以(yi)分享更引人注(zhu)目的(de)(de)照片，包括在(zai)不久(jiu)的(de)(de)將(jiang)來的(de)(de)黑(hei)洞“電影”。

　　“監測超大質量(liang)黑洞長時標的動(dong)態變化是下(xia)一代EHT的科(ke)研目標。” EHT青年科(ke)學委員會成員、上(shang)海交通大學李政道研究所(suo)博士后崔(cui)玉竹說。

　　注釋：

　　[1]參與2017年EHT觀測的8個望(wang)(wang)遠(yuan)(yuan)鏡(jing)(jing)是：ALMA（阿卡塔瑪大型毫米亞毫米陣(zhen)列）、APEX（阿塔卡馬探路者實驗望(wang)(wang)遠(yuan)(yuan)鏡(jing)(jing)）、IRAM 30米望(wang)(wang)遠(yuan)(yuan)鏡(jing)(jing)、JCMT（詹姆斯·克(ke)拉(la)克(ke)·麥克(ke)斯韋望(wang)(wang)遠(yuan)(yuan)鏡(jing)(jing)）、LMT（大型毫米波(bo)望(wang)(wang)遠(yuan)(yuan)鏡(jing)(jing)）、SMA（亞毫米波(bo)陣(zhen)列）、SMT（亞毫米波(bo)望(wang)(wang)遠(yuan)(yuan)鏡(jing)(jing)）、SPT（南(nan)極望(wang)(wang)遠(yuan)(yuan)鏡(jing)(jing)）。這些年來，EHT又有新的望(wang)(wang)遠(yuan)(yuan)鏡(jing)(jing)加入，包括：GLT（格陵蘭(lan)望(wang)(wang)遠(yuan)(yuan)鏡(jing)(jing)）、NOEMA（北天延展毫米波(bo)陣(zhen)列）和基(ji)特峰12米望(wang)(wang)遠(yuan)(yuan)鏡(jing)(jing)。

　　[2] 黑洞是(shi)我們所(suo)知的(de)其大小(xiao)與(yu)質量(liang)成正比(bi)的(de)唯(wei)一(yi)天體，兩個大小(xiao)相差(cha)一(yi)千倍的(de)黑洞，它們的(de)質量(liang)也相差(cha)一(yi)千倍。