第一个直接的视觉证据，表明银河系中心的物体确实是一个黑洞

　　这是人马座A*（Sgr A*）的第一张图像，这是位于我们银河系中心的超大质量黑洞，由事件视界望远镜（EHT）捕获。这是这个黑洞存在的第一个直接视觉证据。图片来源：EHT Collaboration
　　天文学家揭示了我们银河系中心黑洞的第一张图像。这是像M87*这样的环状结构的第一个直接视觉证据。法兰克福歌德大学的理论物理学家在解释数据方面发挥了重要作用。
　　天文学家在我们自己的银河系中心公布了超大质量黑洞的第一张图像。这一结果提供了压倒性的证据，证明该物体确实是一个黑洞，并产生了关于这些巨人运作的宝贵线索，这些巨人被认为位于大多数星系的中心。该图像由一个名为事件视界望远镜（EHT）协作的全球研究团队制作，使用来自全球射电望远镜网络的观测结果。法兰克福歌德大学的理论物理学家在解释数据方面发挥了重要作用。
　　这张照片是人们对位于我们银河系中心的巨大物体的期待已久的观察。科学家们以前曾看到恒星围绕着银河系中心看不见的、紧凑的、非常大的东西绕着它转。这强烈表明这个被称为射手座A*（Sgr A*，发音为＂sadge-ay-star＂）的物体是一个黑洞，这个新图像提供了它的第一个直接视觉证据。
　　Image caption 模拟气体如何绕银河系中心的黑洞运行，并发射1.3毫米的无线电波。
　　虽然我们看不到黑洞本身，因为它是完全黑暗的，但它周围的发光气体揭示了一个传说中的特征：一个黑暗的中心区域（称为＂阴影＂），周围环绕着明亮的环状结构。新视图捕获了被黑洞的强大引力弯曲的光，黑洞的质量是太阳的四百万倍。
　　＂我们对环的大小与爱因斯坦广义相对论的预测的一致性感到震惊，＂来自台北中央研究院天文与天体物理研究所的EHT项目科学家Geoffrey Bower说。＂这些前所未有的观测结果大大提高了我们对银河系中心发生的事情的理解，并为这些巨型黑洞如何与周围环境相互作用提供了新的见解。
　　如何捕捉银河系中心的黑洞图像？该视频解释了事件视界望远镜（EHT）的工作原理，以及天文学家如何设法制造出一个足够大的地球大小的巨型望远镜，以便在黑洞边缘＂看到＂。图片来源：ESO
　　由于黑洞距离地球约27，000光年，因此在我们看来，它在天空中的大小与月球上的甜甜圈大致相同。为了对它进行成像，该团队创建了强大的EHT，它将地球上现有的八个射电天文台连接在一起，形成了一个＂地球大小＂的虚拟望远镜。EHT在多个晚上观察到Sgr A *，连续数小时收集数据，类似于在相机上使用长时间曝光。
　　收集的大量观测数据必须从理论上进行解释。为此，由法兰克福歌德大学的理论天体物理学家Luciano Rezzolla领导的一个研究小组使用超级计算机来模拟EHT观测到黑洞时的样子 - 基于对Sgr A *的了解。通过这种方式，科学家们创建了一个包含数百万张图像的图书馆。然后，他们将这个图像库与EHT的数千个不同图像进行比较，以推断出Sgr A *的属性。
　　这一突破是在EHT合作组织2019年发布第一张名为M87*的黑洞图像之后，该图像位于更遥远的Messier 87星系的中心。
　　卢西亚诺·雷佐拉，法兰克福歌德大学天体物理学教授。图片来源：Juergen Lecher
　　这两个黑洞看起来非常相似，尽管我们银河系的黑洞比M87小一千倍以上，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，但靠近这些黑洞的边缘，它们看起来非常相似，＂EHT科学委员会副主席，荷兰阿姆斯特丹大学理论天体物理学教授Sera Markoff说。＂这告诉我们，广义相对论近距离控制着这些物体，我们在更远的地方看到的任何差异一定是由于黑洞周围物质的差异。
　　这一成就比M87*困难得多，尽管Sgr A*离我们更近。来自美国亚利桑那大学天文学系和数据科学研究所Steward天文台的EHT科学家Chi-kwan（＂CK＂）Chan解释说：＂黑洞附近的气体以相同的速度移动 - 几乎与光一样快 - 围绕Sgr A *和M87 *。但是，气体绕较大的M87*轨道运行需要数天到数周，而在小得多的Sgr A*中，它只需几分钟即可完成轨道。这意味着当EHT协作组织观察它时，Sgr A*周围气体的亮度和模式正在迅速变化 - 有点像试图拍摄一只小狗快速追逐尾巴的清晰照片。
　　研究人员必须开发复杂的新工具，以解释Sgr 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，但对于Sgr A *来说，情况并非如此。Sgr A *黑洞的图像是该团队提取的不同图像的平均值，最终首次揭示了潜伏在我们银河系中心的巨型生物。
　　这一努力是通过来自全球80个研究所的300多名研究人员的独创性而实现的，这些研究人员共同构成了EHT合作。除了开发复杂的工具来克服成像Sgr A *的挑战外，该团队还严格工作了五年，使用超级计算机来组合和分析他们的数据，同时编译了一个前所未有的模拟黑洞库，以与观测结果进行比较。
　　法兰克福歌德大学理论天体物理学教授卢西亚诺·雷佐拉（Luciano Rezzolla）解释说：＂在我们观测之前，物体的质量和距离已经非常精确地知道了。因此，我们利用这些对阴影大小的严格限制来排除其他致密物体 - 例如玻色子星或虫洞 - 并得出结论：＂我们看到的绝对看起来像一个黑洞！＂＂
　　法兰克福的理论家使用先进的数字代码，对吸积到黑洞上的等离子体的性质进行了广泛的计算。Rezzolla：＂我们设法计算了三百万张不同的吸积和辐射发射模型的合成图像，并考虑了观察者在不同倾角下看到的关于黑洞的变化。
　　最后一次操作是必要的，因为当观察者以不同的倾角看到黑洞的图像时，黑洞的图像可能会截然不同。＂事实上，我们的Sgr A *和M87 *图像非常相似的一个原因是因为我们从几乎相同的角度看到这两个黑洞，＂Rezzolla解释说。
　　＂要了解EHT如何产生Sgr A *的图像，人们可以考虑根据延时视频制作一张山峰的图片。虽然大多数时候，峰值在延时视频中是可见的，但有时它不是，因为它被云层遮挡了。然而，平均而言，峰值显然在那里。Sgr A*也是如此，其观察结果导致在四个类别中收集了数千张图像，然后根据其属性取平均值。最终结果是银河系中心黑洞的清晰第一张图像。Rezzolla总结道。
　　科学家们特别兴奋的是，最终获得了两个大小迥异的黑洞的图像，这为了解它们如何比较和对比提供了机会。他们还开始使用新数据来测试气体在超大质量黑洞周围如何表现的理论和模型。这个过程尚未完全理解，但被认为在形成星系的形成和演化中起着关键作用。
　　＂现在我们可以研究这两个超大质量黑洞之间的差异，以获得关于这一重要过程如何工作的宝贵新线索，＂台北中央研究院天文与天体物理研究所的EHT科学家Keiichi Asada说。＂我们有两个黑洞的图像 - 一个在宇宙中超大质量黑洞的大端，一个在小端 - 所以我们可以更进一步地测试重力在这些极端环境中的行为。
　　EHT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。EHT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以及黑洞视频。
　　参考：＂第一个射手座A*事件视界望远镜结果。I. 《银河系中心的超大质量黑洞的阴影》作者：秋山一典、安特森·阿尔韦迪、沃尔特·阿勒夫、胡安·卡洛斯·阿尔加巴、理查德·阿南图亚、浅田圭一、丽贝卡·阿祖莱、乌韦·巴赫、安妮-凯瑟琳·巴兹科、大卫·鲍尔、米斯拉夫·巴洛科维奇、约翰·巴雷特、米奇·包伯克、布拉德福德·本森、丹·宾特利、林迪·布莱克本、雷蒙德·布伦德尔、凯瑟琳·布曼、杰弗里·鲍尔、 Hope Boyce， Michael Bremer， Christiaan D. Brinkerink， Roger Brissenden， Silke Britzen， Avery E. Broderick， Dominique Broguiere， Thomas Bronzwaer， Sandra Bustamante， Do-Young Byun， John E. Carlstrom， Chiara Ceccobello， Andrew Chael， Chi-kwan Chan， Koushik Chatterjee， Shami Chatterjee， Ming-Tang Chen， Yongjun Chen， Xiaopeng Cheng， Ilje Cho， Pierre Christian， Nicholas S. Conroy， John E. Conway， James M. Cordes， Thomas M. Crawford， Geoffrey B. Crew， Alejandro Cruz-Osorio， Yuzhu Cui， Jordy Davelaar， Mariafelicia De Laurentis， Roger Deane， Jessica Dempsey， Gregory Desvignes， Jason Dexter， Vedant Dhruv， Sheperd S. Doeleman， Sean Dougal， Sergio A. Dzib， Ralph P. Eatough， Razieh Emami， Heino Falcke， Joseph Farah， Vincent L. Fish， Ed Fomalont， H. Alyson Ford， Raquel Fraga-Encinas， William T. Freeman， Per Friberg， Christian M. Fromm， 安东尼奥·富恩特斯、彼得·加利森、查尔斯·甘米、罗伯托·加西亚、奥利维尔·根塔兹、鲍里斯·格奥尔基耶夫、西里亚科·戈迪、罗曼·戈尔德、阿图罗·戈麦斯-鲁伊斯、何塞·戈麦斯、顾敏峰、马克·格威尔、哈达一弘、达里尔·哈加德、卡里·霍沃斯、迈克尔·赫克特、罗纳德·赫斯珀、德克·休曼、路易斯·霍、保罗·何、本间马雷基、黄志伟、黄磊、大卫·休斯、池田四郎、 C.M. Violette Impellizzeri， Makoto Inoue， Sara Issaoun， David J. James， Buell T. Jannuzi， Michael Janssen， Britton Jeter， Wu Jiang， Alejandra Jiménez-Rosales， Michael D. Johnson， Svetlana Jorstad， Abhishek V. Joshi， Taehyun Jung， Mansour Karami， Ramesh Karuppusamy， Tomohisa Kawashima， Garrett K. Keating， Mark Kettenis， ...John Test， Karl Torstensson， Paulina Venegas， Craig Walther， Ta-Shun Wei， Chris White， Gundolf Wieching， Rudy Wijnands， Jan G. A. Wouterloot， Chen-Yu Yu， Wei Yu and Milagros Zeballos， 12 May 2022，  The Astrophysical Journal Letters .
　　DOI： 10.3847/2041-8213/ac6674
　　歌德大学的一些科学家都与EHT合作有关。与Luciano Rezzolla教授，Alejandro Cruz Orsorio博士，Prashant Kocherlakota博士和Kotaro Moriyama一起，Mariafelicia De Laurentis教授（那不勒斯大学），Christian Fromm博士（维尔茨堡大学），Roman Gold教授（南丹麦大学），Antonios Nathanail博士（雅典大学）和Ziri Younsi博士（伦敦大学学院）为EHT合作的理论研究做出了重要贡献。
　　这项工作得到了欧洲研究理事会的支持。