在《星际穿越》等科幻电影中，我们曾不止一次地感受到黑洞带来的震撼，但那些画面其实都不是黑洞的真实模样。北京时间4月10日21点，人类历史上首张黑洞照片在全球公开，由此揭开了黑洞的神秘面纱，传说中的黑洞露出了它的“盛世侧颜”，令人心生敬畏。

黑洞是什么

黑洞是宇宙中迷人又神秘的天体，早在1915年，物理学家爱因斯坦的广义相对论就提出一个大胆的假设：宇宙中存在一种引力和密度无限大的宇宙天体，在它周围一定区域内，有个连光也无法逃离的势力范围，该势力范围叫作“事件视界”。一旦某个物体越过视界线进入事件视界，它就会坍塌进一个时空曲率无限高、体积无限小、密度和热量无限大的奇点。这一时空曲率大到光都无法逃脱的神秘天体，被美国物理学家约翰·阿奇博尔德·惠勒命名为“黑洞”。
 

科学家推论出了几种黑洞类型，即恒星型黑洞、超大质量黑洞、中等质量黑洞、小型黑洞。其中，恒星型黑洞和超大质量黑洞最为常见，恒星型黑洞是巨大的恒星死亡并坍缩时产生的，它们的质量是太阳的10～20倍，散布在宇宙各处，单在银河系内就可能存在着几百万个这样的黑洞。相比之下，超大质量黑洞堪称“巨无霸”，人马座A*是银河系正中心的一个超大质量黑洞，其质量大约相当于400万颗太阳，其直径相当于地球与太阳之间的距离。

人类如何给黑洞拍照
 

2019年4月10日21点，人类历史上首张黑洞照片在中国上海和台北、比利时布鲁塞尔、智利圣地亚哥、日本东京和美国华盛顿六地同时对外发布，揭开了神秘天体黑洞的面纱。这是世界200多位科学家首次利用一个口径如地球大小的虚拟射电望远镜，在近邻巨椭圆星系M87的中心捕获的世界首张黑洞图像。
 

长久以来，人类关于黑洞的探索在这一刻得到了影像印证，神秘天体黑洞的存在得以证实，爱因斯坦的百年猜想最终得到检验。那么，这张黑洞照究竟是怎么拍摄的呢？
 

2017年，一项由全世界科学家组成的黑洞观测计划，即“事件视界望远镜”（EHT）计划启动。由位于南极、智力、墨西哥、美国、西班牙等地的8台射电望远镜构成一个“地球大小”的超级虚拟望远镜“穿透星系的心脏”，这组巨大的天文设备便是“事件视界望远镜”（EHT），望远镜目标最终指向距离地球25000光年的人马座A*黑洞及M87星系黑洞。

射电望远镜阵列可通过甚长基线干涉测量技术组成一个非常大的望远镜，捕捉到更多细节，再将观测到的海量数据进行复杂的后期处理和分析，最终获取黑洞的图像。此次公开的黑洞“芳容”是位于室女座的巨椭圆星系M87的中心，距离地球5500万光年，质量约为太阳的65亿倍，其核心区域是一个阴影，周围环绕着新月状光环。

伟大的甚长基线干涉测量技术
 

此次能够拍到黑洞的真容，除了要感谢来自世界各国200位科学家的努力之外，还得益于一项关键技术——甚长基线干涉测量技术（VLBI）。这是科学界公认的最好的观测工具，曾多次运用于我国嫦娥探月工程的探测器。
 

EHT观测所利用的技术就是毫米波VLBI，观测波长实现了1.3毫米，由8个地面射电望远镜组成的国际合作观测阵列所达到的灵敏度和分辨本领是前所未有的，借助氢原子钟精确计时，各台望远镜可以实现数据记录的同步。
 

EHT的每一台望远镜都记录了大量数据，这些数据被存储于高性能充氦硬盘，一旦生成便会被空运到德国马普射电所和美国麻省理工学院海斯塔克天文台进行数据处理。最后，借助合作开发的新型计算工具，这些数据被精心处理并用来生成图像。如今，EHT为科学家提供了研究宇宙中“最极端天体”——黑洞的新手段。
 

中科院上海天文台研究员路如森透露，未来，随着格陵兰望远镜和基特峰望远镜等加入，EHT的灵敏度将显著提高，并有望扩展到0.8毫米。

给黑洞拍照的重大科学意义
 

事实上，科学家两年前就已采集到黑洞成像的数据，而“冲洗”这张照片却花了两年时间。不负众望，这张黑洞照片的问世帮助科学家们直接确认了黑洞的存在，同时也通过模拟观测数据对爱因斯坦的广义相对论做出了验证。在理解黑洞是如何“吃东西”和认识黑洞喷流产生过程和方向的同时，科学家们还可以通过黑洞阴影尺寸限制测量中心黑洞的质量。此次就对M87中心的黑洞质量做出了独立测量。

黑洞最终会爆炸吗
 

黑洞不断吞噬周边物质，会不会达到极限而爆炸？中科院国家天文台研究员苟利军认为，黑洞吞噬周边物质的过程会停止，毕竟物质的量是有限的，尽管时间会比较长。即便这个过程不会停止，黑洞本身也不会轻易发生爆炸。当黑洞吞噬气体的时候，黑洞会逐渐增大，这是大质量黑洞逐渐增长起来的主要方式。不过我们知道，黑洞会有微弱的霍金辐射，但是它是与质量成反比的，而且只有温度比宇宙微波背景辐射的温度高时，才有可能产生辐射。简单估计，差不多质量小于1万亿太阳质量的黑洞才有可能产生霍金辐射。

茫茫宇宙中散布着无数黑洞，持续改变着整个星系，不断激发着科学家和人类做出尝试和探索。未来，浩渺星空中，人类有关黑洞的浪漫探索，必将继续！

■E学课堂

大家平时在阅读科学新闻、科普书籍、观看科幻电影时，经常能看到黑洞的样子，但其实那些都是根据科学理论推测出来的，并非直接观测。看了黑洞侧颜照，如果你还有“十万个为什么”，那就扫一扫，解除你心中的疑惑吧。