拍下黑洞的事件视界望远镜究竟是什么？一颗旋转的迪斯科球

　　记者 | 潘金花
　　北京时间4月10日21点，全球多国科研人员合作的＂事件视界望远镜＂项目向世界公布了人类有史以来获得的第一张宇宙黑洞照片。
　　据介绍，此次发布的黑洞图像揭示了室女座星系团中超大质量星系M87中心的黑洞，其距离地球5500万光年，质量为太阳的65亿倍。通过研究这个图像，人类将揭示出黑洞这类天体更多本质。
　　1915年，爱因斯坦在广义相对论中最先预言了黑洞的存在。在他的推论中，黑洞是一种质量巨大、引力极强的天体，可以吸收周围一切外来物质和辐射，连人类已知传播速度最快的光都无法逃脱。理论上，黑洞无法被观察，但黑洞的阴影——＂事件视界（event horizon）＂却可以。
　　这是因为物质与辐射经过黑洞时，会坍缩入黑洞内部密度趋于无限的＂奇点＂（singularity），受引力影响，这些弥散物质会在黑洞周围形成一个＂吸积盘＂，它们的明亮衬托会给黑洞留下一个圆形的暗影，而处于明暗之间的时空区隔界线便是＂事件视界＂。
　　1978年，法国天文学家卢米涅模拟出了黑洞＂事件视界＂的第一幅图像，在这之后，人类在《星际迷航》、《星际穿越》等无数影视作品中对这一神秘天体进行了无限的想象。2015年，人类首次探测到了产生自双黑洞的引力波信号，在开创了天文学新纪元的同时，也让人迫不及待地想看到黑洞的真容。
　　根据质量，天文学家将宇宙中的黑洞分为三类：恒星级质量黑洞（几十倍至上百倍太阳质量）、超大质量黑洞（几百万倍太阳质量以上）和介于两者之间的中等质量黑洞。天文学家认为，所有星系的中心都存在着超大质量黑洞，银河系也不例外——人马座A*便位于距离地球2.6万光年的银河系中央，是已知离地球最近的超大质量黑洞，也是我们的最佳观测目标。
　　但这个＂最近＂的黑洞离地球仍十分遥远。从地球上看，人马座A*大概与月球上的一个橘子一样大，由于衍射现象，我们能看到的最小物体是有限制的，想看到的东西越小，需要的望远镜就越大，如果想看到人马座A*，我们需要的望远镜要和地球一样大。
　　这可能吗？科学家用＂事件视界望远镜＂给出了肯定的答案。
　　当然，建造一个和地球一样大的望远镜是不可能的，但通过＂甚长基线干涉技术（Very Long Baseline Interferometry，VLBI）＂，我们可以将世界各地的望远镜连接起来，构建一个口径等同于地球直径的＂虚拟＂望远镜，每一个望远镜通过原子钟准确相连，同时启动，就可以还原数万光年以外，一个未知天体在某一时刻的真实容貌。
　　2006年，＂事件视界望远镜＂启动并记录下了第一组天文数据，当时，有三座望远镜使用VLBI技术进行连线观测。随着科学目标、技术计划和组织架构的确立，＂事件视界望远镜＂项目如今已发展为一个来自12个国家的30多所大学、天文观测站等研究单位与政府机构参与的国际合作组织。
　　2017年4月，来自全球30多个研究所的200多位科学家利用分布于美国、墨西哥、智利、法国、格陵兰岛和南极的8个射电望远镜（单镜及阵列），正式开始勾勒人马座A*的模样。同时被观测的还有距离地球5500万光年、位于室女A星系的M87黑洞。M87估计拥有64亿倍太阳质量，因此从地球上看只比人马座A*小一些。
　　不过，给黑洞＂拍照片＂不易，＂洗照片＂更不易。
　　经粗略计算，一次普通的五天观测期间，每座望远镜会收集900TB的数据，可装满1000至2000个硬盘，所有望远镜产生的数据达7PB（约7200TB）。为运送如此庞大的数据，该项目启用了最直接的传输方法——飞机空运。所有硬盘都运至美国马萨诸塞州的麻省理工学院海斯塔克天文台，以及德国波恩的马克斯·普朗克电波天文研究所，交给超级计算机集成处理。
　　＂洗照片＂难就难在如何将这8只＂眼睛＂看到的景象合为一张图像。我们可以将地球大小的望远镜想象成一颗巨大的迪斯科球，每一面镜子收集光线，就可以组合成一幅完整的图像。但由于目前通过VLBI技术接入的望远镜数量有限，＂事件视界望远镜＂只相当于一颗由数面镜子组成的迪斯科球，必须通过缜密的算法填满空缺的部分，才有可能合成一张黑洞的图像。
　　好在，随着地球的持续旋转，每一面镜子都会改变位置，收集到新的信息。
　　事实证明，今晚我们得到的第一张黑洞照片并不像《星际穿越》里的那样清晰与璀璨，但它无疑将在广义相对论提出100多年后的今天，让人类向着探索宇宙奥秘又更进了一步。