人类史上首张黑洞照片问世 回顾黑洞研究漫长历程

北京时间2019年4月10日，人类有史以来获得的第一张黑洞照片在全球六地（美国华盛顿、中国上海和台北、智利圣地亚哥、比利时布鲁塞尔、丹麦灵比和日本东京）同步发布，以英语、汉语、西班牙语、丹麦语和日语发布“事件视界望远镜”的第一项重大成果。图为人类历史上第一张黑洞照片。（图源：VCG）

照片“主角”是室女座超巨椭圆星系M87中心的超大质量黑洞，其质量是太阳的65亿倍，距离地球大约5,500万光年。照片展示了一个中心为黑色的明亮环状结构，其黑色部分是黑洞投下的“阴影”，明亮部分是绕黑洞高速旋转的吸积盘。图为比利时召开新闻发布会，展示人类史上首张黑洞照片。（图源：VCG）

“黑洞”作为一个科学术语在20世纪60年代才由美国天体物理学家约翰·惠勒（John Wheeler）提出。但在200多年前，就有科研人员设想宇宙中存在一种质量巨大、引力强到连光也无法逃脱的天体。爱因斯坦（Albert Einstein）在100多年前提出的相对论预言了黑洞的存在，可用于计算出这种天体的若干性质。黑洞引发无数遐想，但没人知道它在现实之中的真正模样。正因如此，首张黑洞照片备受期待。（图源：VCG）

“我们的宇宙中有两大理论，爱因斯坦的相对论描述了宏观，量子力学描述了微观，但是在黑洞的边缘，相对论与量子力学无法协调，在那里可能会发现新的东西。”给黑洞拍照的“事件视界望远镜”项目科学委员会主席、荷兰奈梅亨大学教授海诺·法尔克（Heino Falk）说，这涉及人类对宇宙的根本了解。图为比利时召开新闻发布会。（图源：VCG）

在黑洞周围，光线不能逃脱的临界范围被称为黑洞的半径或“事件视界”。“事件视界望远镜”实际上尝试观测的是黑洞的“事件视界”。项目专家表示，给黑洞拍照的关键科学目标之一，就是验证广义相对论在黑洞那里是否仍然成立。图为华盛顿召开新闻发布会，展示人类史上首张黑洞照片。（图源：VCG）

“我们已经完成了上一代人认为不可能做到的事情，”项目主任、美国哈佛-史密森天体物理学中心天文学家谢泼德·杜勒曼（Shepard Dulleman）说，“技术的突破、世界上最好的射电望远镜之间的合作、创新的算法”携手打开了一个“了解黑洞的全新窗口”。由于光线无法逃出黑洞，科研人员要拍的，实际上是黑洞产生的“阴影”以及周围的吸积盘等。图为谢泼德·杜勒曼。（图源：VCG）

要拍摄这么远的对象，科学家要模拟出口径像地球一样大的望远镜，这就是“事件视界望远镜”，实际上集合了分布在全球各地的多个射电望远镜。从智利阿塔卡马沙漠到南极冰原，从西班牙的高山到夏威夷的海岛，通过“甚长基线干涉测量技术”联合起来，成功拍到人类历史上第一张黑洞照片。（图源：VCG）

望远镜数据又经过约2年的处理及理论分析，才成功“冲洗”出黑洞照片。此次合作汇集了全球超过200名研究人员的共同努力，项目协调也非易事。法尔克说：“不同文化、不同机构、不同国家和大洲在这里走到一起，合作不总是容易的，但如果有共同愿景的驱动，有首次看到黑洞的共同梦想，合作就变得可能。”图为华盛顿召开新闻发布会。（图源：VCG）

根据理论推算，银河系中应该存在着上千万个恒星量级的黑洞。然而，因为黑洞自身不发射和反射电磁波，仪器和肉眼都无法直接观测到它。大量天文观测数据已证实，在浩瀚的宇宙当中，有无数的黑洞神秘地藏身于各星系中。但人类却从未直接“看”到过黑洞，并不知道它的真实模样。图为中国上海发布人类史上首张黑洞照片现场。（图源：VCG）

为了能一睹黑洞真容，2017年4月5日到14日之间，来自全球30多个研究所的科学家们启动了一项雄心勃勃的庞大观测计划。他们将分布于全球不同地区的8个射电望远镜阵列组成一个虚拟望远镜网络，希望利用其捕获黑洞影像。最终，科学家们成功拍摄到了黑洞的第一幅“照片”。（图源：VCG）

从美国夏威夷到智利，从伊比利亚半岛到南极……全球30多个研究所，200多名科学家，倾数年心血，携手并肩。正是全球同步的努力，让人类拍摄到有史以来首张黑洞照片。图为2009年1月5日，美国国家航空航天局（NASA）发布的照片显示了钱德拉X射线天文望远镜拍摄的星体被黑洞撕裂的画面。（图源：VCG）

2010年11月11日，费尔米伽马射线望远镜在银河系中心发现巨大的伽马射线气泡结构。这两个气泡连接起来时其直径跨度50,000光年，是整个银河系直径的一半。该结构在太阳系和银河系核心之间尽可能地延伸。研究人员称，宇宙气泡结构表明数百万年前存在着爆炸式的恒星诞生，或者它们形成于银河系中心一个超大质量黑洞喷射大量气体和灰尘之中。（图源：VCG）

事实上，观测黑洞项目，让地球上几乎所有这一领域的研究人员都不同程度地以不同方式参与其中。科学探索，正让整个世界以不同寻常的方式更紧密地连接在一起，不仅让地球，也让人类成为一个共同体。图为2010年11月16日，天文学家利用钱德拉X射线望远镜发现距离地球附近最年轻的黑洞，这个黑洞形成只有30年，这意味着它为观测这类婴儿期天体提供了独一无二的机会。（图源：VCG）

2011年1月24日，天文学家发现银河系M84存在巨大的黑洞，因为如果没有黑洞存在，那么图像的彩色线条应该是直线而非Z型折线。（图源：VCG）

2011年1月25日，科学家在西雅图召开的美国天文学会会议上报告说，在一个由恒星组成的小型矮星系中，他们发现了一个超大质量黑洞，其质量是太阳的100万倍。这是超大质量黑洞早于星系形成的更有力证据，也有助于天文学家进一步研究宇宙早期黑洞和星系是如何生成的。（图源：VCG）

2011年12月7日，科学家在双子星天文台在银河系中发现一个新的巨型黑洞，该黑洞位于在NGC 3842星系。这张照片展示了银河系中大量恒星组成的最亮部分，黑洞在这个区域的中间，被大量的星体围绕。这个黑洞是冥王星轨道的7倍大，可以轻易的将太阳系吸进去。（图源：VCG）

2012年7月12日，NASA发布的计算机模拟照片展示，一颗恒星上的气体团被潮汐力撕破，同时气体也被黑洞吸入。一些气体还被高速喷射到宇宙中。（图源：VCG）

2012年7月14日，NASA的钱德拉X射线天文台发现了M83螺旋星系黑洞的爆发。M83距离地球大约150万光年，通过钱德拉天文学家发现一个新的超亮的X射线。这些物体发射出的X射线比大多数双星系统多。（图源：VCG）

2013年6月4日，这张合成图描绘了超大质量黑洞是如何被触发释放出巨大能量的。图片数据包括来自钱德拉望远镜的X射线数据（蓝色）、哈勃望远镜的光学数据（金色）、以及美国国家科学基金甚大望远镜阵列的射频数据（粉色）。（图源：VCG）

2013年10月16日，欧洲南方天文台在研究中公布的照片显示黑洞吞噬巨大物质的过程。通过NASA哈勃望远镜，PKG 1830-211银河系方位一个星状的物体被捕捉，呈螺旋状，附近的物质正被吸收。（图源：VCG）

2014年9月17日，NASA天文学家利用哈勃太空望远镜找到了一个全新的矮星系——M60-UCD1（图中放大部分）。这个直径只有银河系1/500的矮星系却拥有着1.4亿颗的行星。据悉，其直径大概只有300光年。而在M60-UCD1的中心，天文学家观测到了一个“超大质量”的黑洞。 NASA专家介绍，这一黑洞的质量是银河系黑洞的5倍。另外，他们还认为，这次的发现很有可能可以证明，像M60-UCD1这样的矮星系则是更大星系爆炸之后的残余物。（图源：VCG）

2014年9月18日，欧洲航天局发布星系M60-UCD1中心超重黑洞图片。该黑洞是太阳质量的2,100万倍。星系M60-UCD1是一个密度超高的矮星系，距离地球约5,400万光年，其附近不远处便是巨椭圆星系M60。（图源：VCG）

2015年7月10日，NASA发布的概念图显示，一个太阳质量数百亿至数十亿倍的超重黑洞，周围的物质流入黑洞。（图源：VCG）

2015年11月17日，NASA发布椭圆星系Hercules A中的超重黑洞。（图源：VCG）

2016年2月11日，华盛顿激光干涉引力波天文台（LIGO）发布的计算机模拟静态图像。LIGO通过观测两个黑洞的碰撞融合过程，已宣布证实了引力波的存在。这是广义相对论和人类理性的伟大胜利。（图源：VCG）

2016年4月7日，欧洲航天局发布的照片显示2亿光年外的椭圆星系NGC 1600，其中心有超大质量黑洞，是发现的最大的超大质量黑洞之一。直到这个星系的发现，天文学家认为这种巨大的黑洞只能在星系团中大规模星系的中心找到。然而，NGC 1600是一个相当孤立的星系。（图源：VCG）

2016年6月22日，科学家宣称，他们目击到一枚恒星被一个超巨质量休眠黑洞撕成碎片并吞噬的细节。NASA随后公布了吞噬恒星细节照片（合成制作图片）。据马里兰大学哈勃博士后研究员卡拉（Kara）表示，他们之前从未见过休眠黑洞有如此强大的吸引力。（图源：VCG）

2017年6月2日，艺术家依照天文望远镜观测图像描绘出的两个融合的黑洞。激光干涉引力波天文台科学家团队6月1日在《物理评论快报》上刊发文章称，他们第三次探测到了引力波。此次探测结果不仅再次验证了广义相对论，也为了解双黑洞系统的成因提供了线索。（图源：VCG）

2017年10月16日，美国激光干涉引力波天文台（LIGO）在官网宣布，LIGO和Virgo探测器及其他合作伙伴2017年8月探测到由双中子星合并产生的新型引力波。这是人类首次探测到双中子星合并产生的引力波。从2015年9月到2017年1月，LIGO曾先后3次单独探测到引力波。这4次引力波信号均来自双黑洞并合。图为双中子星合并的艺术效果图。（图源：VCG）

2017年12月7日，美国卡耐基科学研究所科学家发现有史以来“最远”黑洞，距离地球6.9亿光年。图为效果图。（图源：VCG）