神秘天體黑洞終于被人類“看到”了。數(shù)百名科研人員參與合作的“事件視界望遠(yuǎn)鏡”項目10日在全球多地同時召開新聞發(fā)布會，發(fā)布他們拍到的第一張黑洞照片。
照片“主角”是室女座超巨橢圓星系M87中心的超大質(zhì)量黑洞，其質(zhì)量是太陽的65億倍，距離地球大約5500萬光年。照片展示了一個中心為黑色的明亮環(huán)狀結(jié)構(gòu)，看上去有點(diǎn)像甜甜圈，其黑色部分是黑洞投下的“陰影”，明亮部分是繞黑洞高速旋轉(zhuǎn)的吸積盤。
“我很高興地宣布，我們首次看到了曾認(rèn)為不可見的東西……而這只是開始?！表椖恐魅巍⒚绹?/span>-史密森天體物理學(xué)中心的謝潑德·杜勒曼在美國首都華盛頓說。發(fā)布會現(xiàn)場多次響起熱烈掌聲。
除華盛頓外，中國上海和臺北、智利圣地亞哥、比利時布魯塞爾和日本東京等地也同時召開發(fā)布會。美國《天體物理學(xué)雜志通訊》以特刊形式通過6篇論文發(fā)表這一重大成果。
上世紀(jì)初，愛因斯坦提出廣義相對論預(yù)言了黑洞的存在。這是一種體積極小而質(zhì)量極大的天體，引力非常強(qiáng)，以至于周圍一定區(qū)域內(nèi)連光也無法逃逸，這一區(qū)域被稱為“事件視界”。
“事件視界望遠(yuǎn)鏡”就是為觀測黑洞的“事件視界”而設(shè)計的。它由分布在全球多地的射電望遠(yuǎn)鏡組成，相當(dāng)于一臺口徑為地球直徑的超級望遠(yuǎn)鏡。2017年4月，從美國夏威夷到智利、從伊比利亞半島到南極的這些望遠(yuǎn)鏡在同一時刻對準(zhǔn)M87中心黑洞拍照，其難度相當(dāng)于從地球上給月球表面的一個橙子成像。照片經(jīng)過近兩年的數(shù)據(jù)處理及理論分析后“沖洗”完成。
包括中國科學(xué)院上海天文臺在內(nèi)的一些中國機(jī)構(gòu)參與觀測和數(shù)據(jù)處理。中科院國家天文臺副臺長薛隨建說，此次參與為中國今后在相關(guān)國際合作中發(fā)揮更重要作用做了良好示范。
照片給出黑洞這一極端天體存在的最直接證據(jù)，驗證了廣義相對論，也將幫助回答星系中的壯觀噴流如何產(chǎn)生并影響星系演化等諸多前沿問題。
“黑洞是時空盡頭，存在一些我們想破解的謎團(tuán)。首次給黑洞拍照可能幫助我們朝著解開這些謎更進(jìn)一步?！表椖靠茖W(xué)委員會主席、荷蘭奈梅亨大學(xué)教授海諾·法爾克告訴新華社記者。美國哈佛大學(xué)理論物理學(xué)家亞伯拉罕·洛布形容：“百聞不如一見，一圖抵千言?！?/span>
三大看點(diǎn)
人類獲得的首張黑洞照片10日面世。這一重大科學(xué)成果由全球多國科研人員歷經(jīng)數(shù)年合作完成。那么，這張照片在科學(xué)上有多重要？拍到黑洞照片有多難？中國又發(fā)揮了什么作用？
“具有歷史性意義”
兩百多年前，就有科研人員設(shè)想宇宙中存在一種質(zhì)量巨大、引力強(qiáng)到連光也無法逃脫的天體。愛因斯坦在一百多年前提出的廣義相對論，可用于計算出這種天體的若干性質(zhì)。但黑洞作為一個科學(xué)術(shù)語，直到20世紀(jì)60年代才由美國天體物理學(xué)家約翰·惠勒提出。
幾十年來，黑洞引發(fā)人們無數(shù)遐想，但沒有人知道它的真正模樣。正因為這個，第一張黑洞照片才備受期待，被譽(yù)為“非凡的科研成果”，是天文學(xué)上的“重要里程碑”，“具有歷史性意義”。
給黑洞拍照的“事件視界望遠(yuǎn)鏡”項目科學(xué)委員會主席、荷蘭奈梅亨大學(xué)教授海諾·法爾克告訴新華社記者，黑洞涉及人類對宇宙的根本了解，“我們的宇宙中有兩大理論，愛因斯坦的相對論描述了宏觀，量子力學(xué)描述了微觀，但是在黑洞的邊緣，相對論與量子力學(xué)無法協(xié)調(diào)，在那里可能會發(fā)現(xiàn)新的東西”。
美國亞利桑那大學(xué)天文學(xué)副教授丹尼爾·馬羅內(nèi)認(rèn)為，黑洞之所以重要，是因為它在長時間尺度上會影響宇宙演化。但人們并沒有完全了解黑洞如何吞噬物質(zhì)，然后又將其中一部分以接近光速向外噴射，影響其所在星系。黑洞照片不僅將為廣義相對論提供新信息，也有助于了解黑洞噴流的形成過程。
1919年，人們在非洲和南美出現(xiàn)日食時觀測到光線的彎曲，從而驗證了廣義相對論相關(guān)預(yù)言的正確性。百年后發(fā)布的黑洞照片，又一次支持廣義相對論。不由讓人想起被多次重復(fù)的那句話：愛因斯坦又對了。
“上一代人不可能做到的事”
由于光線無法逃出黑洞，科研人員要拍的實(shí)際上是黑洞產(chǎn)生的“陰影”以及周圍的吸積盤等，從而描繪出黑洞的輪廓。此次拍照的一個目標(biāo)是代號為M87的超巨橢圓星系中心黑洞，它的質(zhì)量是太陽的65億倍，但離我們實(shí)在太遠(yuǎn)，達(dá)到5500萬光年。
要拍攝這么遠(yuǎn)的對象，科學(xué)家模擬出口徑像地球一樣大的望遠(yuǎn)鏡，這就是“事件視界望遠(yuǎn)鏡”，它集合了分布在全球各地的多個射電望遠(yuǎn)鏡。從智利阿塔卡馬沙漠到南極冰原，從西班牙的高山到夏威夷的海島，8個射電望遠(yuǎn)鏡通過“甚長基線干涉測量技術(shù)”聯(lián)合起來，成功拍到人類歷史上第一張黑洞照片。
談及給黑洞拍照的難度，項目協(xié)作委員會主席、德國馬克斯·普朗克射電天文研究所所長安東·岑蘇斯打比方說：“如果地球是平的，那使用這一技術(shù)可以從波恩看清紐約街頭報紙上的字。”
經(jīng)大約兩年的數(shù)據(jù)處理及理論分析，照片才成功“沖洗”出來。照片展示了一個中心黑色的明亮環(huán)狀結(jié)構(gòu)，有點(diǎn)像甜甜圈，也與此前科幻電影《星際穿越》科學(xué)顧問根據(jù)相對論等模擬的黑洞圖片相似。“事件視界望遠(yuǎn)鏡”項目專家認(rèn)為，與理論預(yù)測一致，這也證明拍到的就是黑洞。
“我們已經(jīng)完成了上一代人認(rèn)為不可能做到的事情?！表椖恐魅?、美國哈佛-史密森天體物理學(xué)中心的謝潑德·杜勒曼總結(jié)說，“技術(shù)的突破、世界上最好的射電望遠(yuǎn)鏡之間的合作、創(chuàng)新的算法都匯聚到一起，打開了一個了解黑洞的全新窗口?！?/span>
此外，此次合作匯集了全球超過200名研究人員的共同努力，項目協(xié)調(diào)并非易事。項目科學(xué)委員會主席法爾克說：“不同文化、不同機(jī)構(gòu)、不同國家和大洲（的科研人員）走到一起合作并不容易，但如果有共同愿景的驅(qū)動，有首次看到黑洞的共同夢想，合作就變得可能?！?/span>
“期待中國成為重要一員”
在“事件視界望遠(yuǎn)鏡”項目中，中國科學(xué)院天文大科學(xué)研究中心（國家天文臺、紫金山天文臺和上海天文臺）參與了位于美國夏威夷的東亞JCMT望遠(yuǎn)鏡對黑洞的觀測，多名中國學(xué)者是此次黑洞照片相關(guān)論文的作者。
不過，中國天文學(xué)界清醒地認(rèn)識到目前的“參與者”角色。中國科學(xué)院國家天文臺副臺長薛隨建指出，這次“算是重在參與”，但為在相關(guān)科研領(lǐng)域“機(jī)制性參與國際合作組織、逐漸發(fā)揮越來越重要的作用，做出了良好的示范”。
毫無疑問，“在中國科學(xué)界參與的三十米望遠(yuǎn)鏡（TMT）等其他重大國際項目中，那些可預(yù)期和不可預(yù)期的重大發(fā)現(xiàn)將更加激動人心。”薛隨建在接受新華社記者采訪時說。
太空可能是中國未來能發(fā)揮更多作用的地方。法爾克說，今后要拍攝更好的黑洞照片，就需要比地球還大的望遠(yuǎn)鏡，這就需要走向太空，“中國在射電干涉測量技術(shù)和太空探索方面的能力正快速增長，我期待未來中國能成為這個領(lǐng)域的重要一員”。
回顧與國際同行共同拍出人類首張黑洞照片的經(jīng)歷，中國科學(xué)院上海天文臺研究員路如森說：“作為長期深度參與‘事件視界望遠(yuǎn)鏡’國際合作的中國研究人員，我覺得這張黑洞照片是科學(xué)共同體的努力結(jié)果。科學(xué)對人類發(fā)展至關(guān)重要，人類的科學(xué)共同體也是人類命運(yùn)共同體的重要組成部分。”
（據(jù)新華社）
