图解首张黑洞图像：广义相对论的印证与天文物理学的新起点

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科学家所展示的首张黑洞图像，是天文物理学一个重要的里程碑，不仅有力地证明了爱因斯坦的广义相对论，而且还给黑洞观测开辟了一个新的时代。

图解:由事件视界望远镜拍摄的位于M87的超大质量黑洞的首张图像，虽然距离地球5300万光年，但它足够大到让天文学家可以从地球上观测到它。

这张照片展示了事件视界 — 在附近星系的超大质量黑洞周围没有任何东西，甚至光线都无法逃离的引力点。

这是史上首次产生的黑洞图像，是全球致力于事件视界望远镜组织的科学家们的成果。

图解:为了制作这幅图像，科学家们将观测到的无线电波频率与我们实际能看到的宇宙中已知元素的无线电波频率进行了匹配。

“历史书将会把时间分为图像之前和图像之后，”德国普朗克电波天文研究所、对事件视界望远镜项目有贡献的英国黑洞凸轮主要研究人员之一的迈克尔·克拉默教授说，“这是第一次实现这一目标，时间太长了。”

梅西耶87

这张图片展示了离地球5300万光年远的M87椭圆星系超大质量黑洞周围环绕着的事件视界阴影。看到这一事件视界绝非易事，尽管黑洞本身体积比我们的太阳大65亿倍，但我们之间相隔的距离还是让它看起来显得非常的小。

图解: 研究人员将这些数据放在一块虚拟画布上，基本上都是用数字绘制这幅图像的，以便于得出世界上的第一张黑洞图片。

这便是我们以前从来没拍过这类图像的其中一个原因，没有一台望远镜可以单独拥有这种观测被认为位于所有星系中心的超大质量黑洞的能力。相反，事件视界望远镜项目结合了世界各地八个大型射电望远镜的观测能力，从南极点到西班牙，创造了一个地球大小的虚拟超级望远镜。

“我们同时（用八个望远镜）观测，这样，当地球转动时，总有三四个望远镜是望着黑洞的，”另一个黑洞凸轮主要研究人员，德国法兰克福歌德大学的卢西亚诺·瑞佐拉教授说道，“我们已经收集（信息）并且建立了一个我们认为与我们对黑洞的期望一致的图像。”

图解: 艺术家笔下黑洞的概念图。周围环绕黑洞的盘状物质即为吸积盘、上方条状物为喷流。该图未考虑黑洞自身造成的重力透镜效应对影像的影响。

“当然，我们本来希望证明爱因斯坦是错的，但是我们所看到的一切都完全符合广义相对论所给出的预测。”——荷兰内梅亨拉德堡德大学的海诺·法尔克教授。

在M87中心的黑洞观测，于2017年4月拍摄了短暂的10天，偶然的好天气让望远镜能够连续观测。团队甚长基线干涉测量（VLBI）技术结合望远镜的观测给出最终图像。

图解: 以X射线波段观测的人马座A*

但是收集了如此多的数据 — 4PB，或者400万GB -它无法进行数字传输。在图像进行处理前，它必须通过海空物理运输。直到2018年夏天，天文学家才最终把真正的图像放在一起。

相对论

1915年，阿尔伯特·爱因斯坦在它的广义相对论理论里首次提出了黑洞的存在。他提出，如果一个物体的质量惊人地达到了高水平，它自身就会陷入一个时间和空间的奇点，在这个奇点里，重力强烈到把已知的物理定律给打破了。

从那时起，我们发现了黑洞存在的间接证据，我们看到被叫做类星体这种疑似黑洞周围的超热材料区域，还有被我们认为是银河系中心的黑洞周围所环绕的恒星。我们还探测到了引力波 — 由两个黑洞合并形成的时空波纹。然而，我们以前从未见过真正的黑洞。

图解: 超大质量黑洞从吸积盘中吸积的概念图。

M87黑洞图像与我们所预测的相一致，黑洞的阴影证明它的引力强烈到它自身的光就是弯曲的，这是由广义相对论所作出的预测。我们还可以看到黑洞内部和外部之间的边界 — 事件视界 — 实际上是存在的，并伴随着周围一圈的光子。

“当然，我们本来希望证明爱因斯坦是错的，但是我们所看到的一切都完全符合广义相对论所给出的预测。”——荷兰内梅亨拉德堡德大学的海诺·法尔克教授说，他也是黑洞凸轮的主要研究人员。“这证实了广义相对论最基本的预测之一通过了测试。”

人马座 A

虽然研究人员将重点放在了M87上，但全部事件世界项目还计划尝试生成一张在银河系中心的黑洞图像，将它成为人马座A。

团队已经对这个项目用相同的甚长基线干涉测量技术方法进行了观测，并且希望在未来一年左右生成图像。虽然黑洞距离M87近25,000光年远，但是它在400万的太阳质量下也小了大约1000倍。这是一项独特的挑战。

“我们同时从M87和银河系中心获取数据，”克拉默教授说，“目前我们集中精力研究M87，一旦研究结束，我们便将精力集中在人马座A上。”

科学家也希望这一发现将迎来一个黑洞观测的新时代。他们使用的技术突破了现代科技的极限，但事实证明这一极限是很有可能会被突破的。通过组成世界各地多个望远镜，基本上可以将地球变成一个巨大的望远镜，如此，宇宙间迷人的物体才能让人看到。

这种方法的主要限制是地球的大小 — 我们不能在我们的星球上建造一个它本身更大的虚拟望远镜。因此，如果我们相观察其他星系的黑洞，我们可能不得不在太空中使用望远镜。比如，在地球轨道上使用三个望远镜，未来三年可能会看到更多的黑洞。

“看到更多黑洞的唯一方法就是使用一个比地球更大的望远镜”法尔克教授说，“为此，我们需要去太空。”

科学家如何把地球变成一个巨大的望远镜?

图解: EHT（蓝绿线）与GMVA（黄线）之望远镜阵列分布。其中ALMA和IRAM同时属于两个阵营

图解:在预定的时刻，所有的望远镜都记录了来自天空同一区域的无线电波。

图解: 从望远镜收集数据的中央处理设备。它使用了原子钟（上图）,以进行同步不同的录音，并消除一些噪音。尽管分辨率很高，但数据并不完整，因此需要使用一些计算机算法来填补这些空白。

参考资料

1.WJ百科全书

2.天文学名词

3. horizon- LI SYAORAN-Jonathan O'Callaghan

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原文地址：今日头条