黑洞的第一张照片即将公布，我们该关注哪些问题？

　　一直以来，天文学家都一直梦想着能够看见黑洞。在不懈地努力下，这个梦想即将成真。
　　正如夜空中的星星具有不同的类型一样，黑洞也可以根据它们的大小和质量而被分为几类：原初黑洞：形成于大爆炸之后，大多数都非常小，质量较低的那些可能已经蒸发殆尽，质量较大的可能依然存在不过我们还没有发现它们的踪迹。恒星级黑洞：在大质量恒星的生命末期，最终会形成一颗黑洞。大多数恒星级黑洞的质量介于5到10个太阳质量之间，但有些则比太阳质量高出几十或上百倍。超大质量黑洞：这些黑洞的质量要比太阳质量高出几百甚至数十亿倍，它们栖居在星系的中央。这些黑洞是如何形成的依旧是天文学中最大的谜题之一。中等质量黑洞：质量介于恒星级黑洞和超大质量黑洞之间。天文学家已经发现一些可能的候选，但还没有确凿的证据表明它们存在。
　　事件视界望远镜（EHT）是一台由世界各地的射电天文台组成的望远镜，它的分辨率相当于使用了一台尺寸为地球般大的虚拟望远镜。2017年4月，EHT对准了宇宙中的一对引力怪兽：一个是银河系中心的超大质量黑洞人马座A，另一个是位于M87星系中心的超大质量黑洞。
　　经历了漫长的数据分析，终于，EHT将在4月10日公布突破性的结果！在这历史性的一刻到来之前，我们需要知道的是，此次的意义不仅在于我们即将看到黑洞的第一张照片，还意味着我们或许即将揭开一些已让我们困惑许久的谜题：
　　1。检验爱因斯坦的理论
　　所有人关心的第一个问题自然是：黑洞究竟长什么样子？如果一切都如广义相对论的预期，那么我们看到的黑洞图像将会是：一个圆形剪影被一圈明亮的光子圆环所围绕：
　　M87星系中心的超大质量黑洞的模拟图像。中间的黑色区域是黑洞的剪影。图片来源：JasonDexter（左）andKazunoriAkiyama（右）
　　观测黑洞的剪影非常重要，因为它的形状和大小是由爱因斯坦的广义相对论所决定的。科学家渴望在黑洞这样极端的引力环境下，检验广义相对论的有效性。一些其他试图替代广义相对论的引力理论预言了稍微不同的形状。因此，确定黑洞剪影的的确切形状，或许能帮助我们打破理论物理学中最令人沮丧的一个僵局广义相对论与量子力学之间的矛盾。
　　广义相对论和量子力学是现代物理学的两大支柱，广义相对论适用于质量巨大且引力作用很强的物体，比如黑洞；量子力学则控制着亚原子粒子的奇异世界。但这两种在各自领域都非常成功的理论却互不相容。所以，有些东西必须放弃。如果广义相对论在黑洞的边界处失效，这或许会为理论物理学家指明前进的方向。
　　黑洞剪影的模拟图像：广义相对论预言剪影是圆形的（中），其他理论则预言了不同的形状（左、右）。图片来源：D。PsaltisandA。Broderick
　　2。理解吸积盘
　　当人们想到黑洞时，脑海中浮现的画面可能就像是一个巨大的吸尘器，它能吸走附近所有的物质。事实上，黑洞确实会通过吞噬附近的物质而成长，但物质落入黑洞实际上是相对困难的。如果物质与黑洞保持了一定的距离，那么它们可以只在引力的作用下一直绕着黑洞旋转，就像太阳系中的行星绕着太阳旋转一样。
　　因此，如果要使物质能被黑洞吞噬，那么除了引力外，还需要其他的东西让它足够地靠近黑洞。这个过程被称为吸积，它是由摩擦力驱动的。当物质以气体的形式落入黑洞时，它会失去引力能，并因摩擦而受热。气体会在黑洞周围形成一个热盘，并落入黑洞，从而导致黑洞生长。
　　由于黑洞是如此巨大，但同时又如此致密，物质需要放弃许多能量才能落入。因此超大质量周围的一些吸积盘异常明亮，其亮度可以超过其宿主星系中所有恒星的总和。在银河系中心的人马座A周围有着相对较暗的吸积盘，其亮度只有太阳的几百倍。EHT的一个关键目标，就是理解为什么相比于宇宙中其他的一些明亮黑洞，我们星系中的黑洞如此暗淡。
　　另一个悬而未决的问题是：是什么产生了使黑洞可以成长的摩擦力？通常情况下，摩擦是由原子间的相互碰撞引起的，但超大质量黑洞周围的气体非常稀薄，原子间很少发生碰撞。因此必然存在一些更复杂的机制引起了摩擦，从而使吸积盘可以形成。一个主要的假设是，旋转的磁场产生了一种特殊类型的湍流，从而使吸积盘能以一种类似摩擦的方式在耗散能量，而不需要原子间的直接碰撞。然而，这种湍流从未在实验中观测到过。通过拍摄黑洞周围的吸积盘，EHT将进一步验证这一假设，并将更好地理解使吸积盘形成和黑洞成长的过程。
　　在EHT公布突破性结果的前夕，天文学家首次拍摄到在天鹅座A中心的超大质量黑洞周围的尘埃环，这是活动星系核（AGN）统一模型的重要成分。图片来源：BillSaxton，NRAOAUINSF
　　3。一些黑洞是如何产生喷流的？
　　一些黑洞是贪婪的饕餮，它们吸入大量的气体和尘埃；而另一些黑洞却是挑剔的吞噬者。没有人知道是什么原因导致了这种差别。
　　人马座A似乎属于挑剔的那一类，虽然质量高达400万个太阳质量，但它却有着出奇暗淡的吸积盘。而EHT的另一个观测目标M87星系中的黑洞，就是一个贪婪的吞噬者。它的周围不仅聚集着一个明亮的吸积盘，它还会发射出一束明亮、快速的带电亚原子粒子喷流，可以延伸到5000光年的距离。
　　许多其他黑洞产生的喷流比整个星系还要长、还要宽，可以从黑洞延伸到数十亿光年之外。那么问题来了：什么东西会如此强大，能够将这些喷流发射到如此遥远的距离？如今在EHT的帮助下，我们终于可以追踪到底发生了什么了。
　　EHT对M87星系中心黑洞的测量将有助于估计它的磁场强度，而天文学家认为，黑洞的磁场强度与喷流发射机制有关。当喷流接近黑洞时，对喷流性质的测量将有助于确定喷流的来源它到底是在吸积盘的最内部，还是在吸积盘中更远的地方，又或是在距离黑洞自身更远的地方。这些观测结果还可能揭示出，喷流是从黑洞自身的某些部分发射的，还是吸积盘中快速流动的物质发射的。
　　由于喷流可以将物质带出星系中心，带向星系之间的区域，因此喷流可能会影响星系的生长和演化，甚至会影响恒星和行星形成的位置。
　　无论明天最终的结果会是什么，都将是划时代的。让我们拭目以待！
　　参考链接：
　　https：eventhorizontelescope。orgscience
　　https：www。sciencenews。orgarticleeventhorizontelescopefirstimageblackholequestions
　　https：www。eso。orgpublicunitedkingdomoutreachfirstpictureofablackholeblog17033001
　　https：public。nrao。edunewskeyfeaturepowerfulradiogalaxiesPRimage1