天文学家发布银河系中心黑洞的第一张照片

　　今日香港时间晚上九时，在世界各地同时举行的新闻发布会上，天文学家公布银河系中心超大质量黑洞的第一张照片。提供了压倒性的证据，证明该物体确实是一个黑洞，并为这些巨星的运作提供有价值的线索，这些巨星认为位于大多数星系的中心。该图像由事件视界望远镜（Event Horizo n Telescope）全球合作研究团队，使用来自全球射电望远镜网络的观测结果制作而成。
　　这张照片是人们期待已久，对位于我们银河系中心的巨大天体的观测。科学家之前曾在银河系中心看到过恒星围绕着某种看不见的、紧凑的、巨大的东西运行。这个称为人马座A*（Sgr A*）的天体是一个黑洞，而今天的图像提供它的第一个直接视觉证据。
　　我们看不到黑洞本身，因为它完全是黑暗的，但它周围的发光气体显示一个明显的特征：一个黑暗的中心区域（称为阴影），周围环绕着一个明亮的环状结构。新的视图捕捉到由黑洞强大重力弯曲的光线，黑洞的质量是太阳的四百万倍。
　　台湾中央研究院天文与天体物理研究所的事件视界望远镜项目科学家包杰夫（Geoffrey Bower）表示，我们对环的大小与爱因斯坦广义相对论的预测如此吻合感到震惊。这些史无前例的观测极大地提高了我们对银河系中心发生的事情的理解，并为这些巨大的黑洞如何与周围环境相互作用提供新的见解。
　　因为这个黑洞距离地球大约27,000光年，所以它在天空中的大小似乎与月球上的冬甩（donut，中国大陆、台湾称：甜甜圈）差不多。为了对其进行成像，该团队创建强大的事件视界望远镜，它将地球上现有的八个射电天文台连接在一起，形成一个地球大小的虚拟望远镜。事件视界望远镜在多个晚上观察人马座A*，连续数小时收集数据，类似于在相机上使用长时间曝光。
　　就像一台高功率相机一样，人马座A* 的成像需要射电天文学中最灵敏的仪器的支持。这种灵敏度来自美国国家科学基金会国家射电天文台的中央开发实验室设计的阿塔卡马大型毫米波/次毫米波阵列（Atacama Large Millimeter/submillimeter Array）上的1.3毫米波段6的接收器。
　　这次突破是在事件视界望远镜合作于2019年发布的第一张名为M87*的黑洞图像之后发布，该黑洞位于更遥远的梅西耳87（M 87）星系的中心。
　　事件视界望远镜科学委员会联合主席，荷兰阿姆斯特丹大学的天体物理学兼理论教授沙拉·马尔科夫（Sera Markoff）表示，这两个黑洞看起来非常相似，尽管我们银河系的黑洞是M87*的千分之一，质量也更小。我们有两种完全不同类型的星系和两个非常不同的黑洞质量，但在靠近这些黑洞的边缘，它们看起来惊人地相似。这告诉我们，广义相对论可以近距离控制这些物体，而我们在更远的地方看到的任何差异都必须是由于黑洞周围物质的差异。
　　这次成像比M87*困难得多，尽管人马座A*离我们更近。美国史都华天文台（Steward Observatory）暨亚历桑那大学天文系及资科所的事件视界望远镜科学家陈志均解释说：「黑洞附近的气体以几乎与光速一样快的相同速度在人马座A* 和M87* 周围移动。但是气体需要数天到数周才能绕较大的M87*运行，而在小得多的人马座A* 中，它只需几分钟即可以环绕一周。这意味着亮度和人马座A* 周围的气体模式在事件视界望远镜合作组织观察时迅速变化，情况有点像试图拍一张小狗快速追尾的清晰照片。」
　　研究人员必须开发复杂的新工具来解释人马座A* 周围的气体运动。虽然M87* 是一个更容易、更稳定的目标，几乎所有图像看起来都一样，但人马座A* 的情况并非如此。人马座A* 黑洞的图像是团队提取的图像的平均值，最终首次揭开潜伏在我们银河系中心的巨人。
　　通过来自世界各地80个研究所的300多名研究人员的独创性，事件视界望远镜协作组共同完成这项工作。除了开发复杂的工具来克服成像人马座A*的挑战外，该团队还严谨地工作了五年，使用超级电脑来组合和分析他们的数据，同时编译一个前所未有的模拟黑洞库以与观测结果进行比较。
　　科学家对终于获得两个大小非常不同的黑洞的图像特别兴奋，因为得到了解它们如何比较和对比的机会。他们还开始使用新数据来测试气体如何在超大质量黑洞周围表现的理论和模型。这个过程尚未完全了解，但认为在塑造星系的形成和演化方面发挥了关键作用。
　　台湾中央研究院天文与天体物理研究所副研究员，事件视界望远镜科学家浅田圭一说：「现在我们可以研究这两个超大质量黑洞之间的差异，以获得有关这一重要过程如何运作的有价值的新线索。我们有两个黑洞的图像，一个位于宇宙中超大质量黑洞的大端，一个位于小端。因此我们可以比以往任何时候都更进一步地测试重力在这些极端环境中的表现。」
　　事件视界望远镜的进展仍在继续：2022年3月的一次重大观测活动包括比以往更多的望远镜。事件视界望远镜网络的持续扩展和重大的技术升级将使科学家能够在不久的将来分享更令人印象深刻的图像和黑洞电影。
　　【图：事件视界望远镜合作组织；文：节译自美国国家射电天文台2022年5月12日新闻公布】六篇研究论刊登在2022年5月12日出版的《天体物理学快报》特辑之中。包括：
　　First Sagittarius A* Event Horizon Telescope Results. I. The Shadow of the Supermassive Black Hole in the Center of the Milky Way
　　First Sagittarius A* Event Horizon Telescope Results. II. EHT and Multiwavelength Observations, Data Processing, and Calibration
　　First Sagittarius A* Event Horizon Telescope Results. III. Imaging of the Galactic Center Supermassive Black Hole
　　First Sagittarius A* Event Horizon Telescope Results. IV. Variability, Morphology, and Black Hole Mass
　　First Sagittarius A* Event Horizon Telescope Results. V. Testing Astrophysical Models of the Galactic Center Black Hole
　　First Sagittarius A* Event Horizon Telescope Results. VI. Testing the Black Hole Metric