大！事！件！
時間：北京時間2019年4月10日21點整
地點：中國科學院上海天文臺
事件：人類、首張、黑洞、照片
一早便被這條消息刷屏：北京時間今天晚上21:00，首張黑洞照片即將面世！
是的，是人類首張！此前人類基本都是間接“看到”黑洞，這次則直接“拍”了下來！
這事到底有多大？
比利時布魯塞爾、智利聖地亞哥、中國上海和臺北、日本東京、美國華盛頓等全球六地將同步召開全球新聞發佈會，
事件視界望遠鏡（EHT）將宣佈一項與超大質量黑洞照片有關的重大成果。在上海，EHT項目和中國科學院將共同發佈這一重大成果。EHT項目，是由全球200多位科研人員共同達成的重大國際合作計劃，通過“甚長基線干涉技術”和全球多個射電天文臺的協作，構建一個口徑等同於地球直徑的“虛擬”望遠鏡，用於黑洞探測。
理論上，黑洞是愛因斯坦廣義相對論預言存在的一種天體，它具有的超強引力使得光也無法逃脫它的勢力範圍，該勢力範圍稱作黑洞的半徑或稱作事件視界。
此前，天文學家都是通過各種間接的證據來表明黑洞的存在，而EHT項目則是通過這個擁有地球直徑的“虛擬望遠鏡”直接觀測到了黑洞邊緣的圖像。專家稱，人類首張黑洞照片的問世，將對研究黑洞具有重要意義。
黑洞是什麼？
黑洞是什麼？宇宙中真的有黑洞嗎？自上世紀中期開始，人們對黑洞的探秘就從未停止過。
200多年前，英國的米歇爾和法國的拉普拉斯就曾提出: 一個質量足夠大但體積足夠小的恆星會產生強大的引力，以致連光線都不能從其表面逃走，因此這顆星是完全“黑”的，但這一推論隨後被人遺忘。
1915年愛因斯坦發表廣義相對論不久，德國數學家史瓦西得到了靜態球對稱情況下愛因斯坦場方程的一個解，解在一個特殊半徑（後稱史瓦西半徑）處存在奇異性。
M87星系中心的超大質量黑洞的模擬圖像。中間的黑色區域是黑洞的剪影。| 圖片來源：Jason Dex
1939年美國物理學家奧本海默等也證明確實存在一個時間-空間區域，光也不可能從該區域逃逸而到達遠處的觀察者。這一區域的邊界稱為視界，在靜態球對稱情況下，視界半徑就是史瓦西半徑。如果某天體的半徑小於史瓦西半徑，那麼該天體就應該是“黑”的，無法被我們看到。
科學家們把這些引力極強而又“看不到”的特殊天體稱為“黑洞”。因此，黑洞也是愛因斯坦廣義相對論預言的一種產物。
黑洞分為幾類？
正如夜空中的星星具有不同的類型一樣，黑洞也可以根據它們的大小和質量而被分為幾類：
- 原初黑洞：形成於大爆炸之後，大多數都非常小，質量較低的那些可能已經蒸發殆盡，質量較大的可能依然存在——不過我們還沒有發現它們的蹤跡。
- 恆星級黑洞：在大質量恆星的生命末期，最終會形成一顆黑洞。大多數恆星級黑洞的質量介於5到10個太陽質量之間，但有些則比太陽質量高出幾十或上百倍。
- 超大質量黑洞：這些黑洞的質量要比太陽質量高出幾百甚至數十億倍，它們棲居在星系的中央。這些黑洞是如何形成的依舊是天文學中最大的謎題之一。
- 中等質量黑洞：質量介於恆星級黑洞和超大質量黑洞之間。天文學家已經發現一些可能的候選，但還沒有確鑿的證據表明它們存在。
黑洞是怎麼被發現的？
天文學家發現在一些被X射線望遠鏡發現的雙星（由一個緻密星和另一個正常恆星組成）中，緻密星的質量比中子星的質量上限（約為3倍太陽質量）還大，但半徑卻差不多，因此認為這些引力極強的緻密星只能是黑洞。
目前在銀河系中已發現20多個黑洞X射線雙星，它們的黑洞質量大約是太陽質量的5到20倍。
黑洞剪影的模擬圖像：廣義相對論預言剪影是圓形的（中），其他理論則預言了不同的形狀（左、右）。| 圖片
最近幾年，地面激光干涉引力波天文臺(LIGO) 已宣佈已探測到11對雙黑洞併合產生的引力波，這些黑洞的質量都是幾十個太陽質量。
天文學家通常把這些質量為幾個到一百個太陽質量的黑洞叫恆星級黑洞。
二次世界大戰後，雷達技術廣泛用於射電天文，許多宇宙射電源被發現。這些射電源的光學像有的看起來很像恆星，但光譜觀測顯示它們本質上不是恆星，而是譜線有巨大紅移的銀河系外遙遠天體。
這些被稱為“類星體”的活動星系核能輻射出比銀河系高成千上萬倍的能量，其發光原理不能用核反應來解釋。
科學家們認為類星體的能源來自於其中心質量極大的黑洞吸積周圍物質所釋放出的巨大引力能↓
類星體中心超大質量黑洞及吸積盤、噴流示意圖 | 圖片來源：NASA/Goddard Space Fl
後來的觀測表明像我們銀河系這樣的正常星系中心也存在質量在百萬太陽質量以上的黑洞，只是因為這些正常星系中心的黑洞周圍沒有多少可供吞噬的物質，所以其表現不如類星體中心的黑洞“活躍”，無法釋放像類星體那樣巨大的能量。
天文學家把類星體和星系中心質量在百萬到百億倍太陽質量的黑洞叫超大質量黑洞。
那麼宇宙中是否存在介於恆星級黑洞和超大質量黑洞之間、質量為幾百到幾十萬倍太陽質量的中等質量黑洞呢？天文學家雖然在一些近鄰星系的極亮X射線源中似乎已找到中等質量黑洞存在的跡象，但還需更多的觀測予以證實。
什麼是吸積盤？
吸積盤、噴流，細心的你會發現，上面伴隨著黑洞的圖片中都有提及這些名詞，什麼是吸積盤？什麼又是黑洞噴流？
在EHT公佈突破性結果的前夕，天文學家首次拍攝到在天鵝座A中心的超大質量黑洞周圍的“塵埃環”，這是活
當人們想到黑洞時，腦海中浮現的畫面可能就像是一個巨大的吸塵器，它能吸走附近所有的物質。事實上，黑洞確實會通過吞噬附近的物質而成長，但物質落入黑洞實際上是相對困難的。如果物質與黑洞保持了一定的距離，那麼它們可以只在引力的作用下一直繞著黑洞旋轉，就像太陽系中的行星繞著太陽旋轉一樣。
因此，如果要使物質能被黑洞吞噬，那麼除了引力外，還需要其他的東西讓它足夠地靠近黑洞。這個過程被稱為吸積，它是由摩擦力驅動的。當物質以氣體的形式落入黑洞時，它會失去引力能，並因摩擦而受熱。氣體會在黑洞周圍形成一個熱盤，並落入黑洞，從而導致黑洞生長。
由於黑洞是如此巨大，但同時又如此緻密，物質需要放棄許多能量才能落入。因此超大質量周圍的一些吸積盤異常明亮，其亮度可以超過其宿主星系中所有恆星的總和。在銀河系中心的人馬座A*周圍有著相對較暗的吸積盤，其亮度只有太陽的幾百倍。EHT的一個關鍵目標，就是理解為什麼相比於宇宙中其他的一些明亮黑洞，我們星系中的黑洞如此暗淡。
黑洞是如何產生噴流的？
一些黑洞是貪婪的饕餮，它們吸入大量的氣體和塵埃；而另一些黑洞卻是挑剔的吞噬者。沒有人知道是什麼原因導致了這種差別。
人馬座A*似乎屬於挑剔的那一類，雖然質量高達400萬個太陽質量，但它卻有著出奇暗淡的吸積盤。而EHT的另一個觀測目標——M87星系中的黑洞，就是一個貪婪的吞噬者。它的周圍不僅聚集著一個明亮的吸積盤，它還會發射出一束明亮、快速的帶電亞原子粒子噴流，可以延伸到5000光年的距離。
許多其他黑洞產生的噴流比整個星系還要長、還要寬，可以從黑洞延伸到數百萬光年之外。那麼問題來了：什麼東西會如此強大，能夠將這些噴流發射到如此遙遠的距離？如今在EHT的幫助下，我們終於可以追蹤到底發生了什麼了。
EHT對M87星系中心黑洞的測量將有助於估計它的磁場強度，而天文學家認為，黑洞的磁場強度與噴流發射機制有關。當噴流接近黑洞時，對噴流性質的測量將有助於確定噴流的來源——它到底是在吸積盤的最內部，還是在吸積盤中更遠的地方，又或是在距離黑洞自身更遠的地方。這些觀測結果還可能揭示出，噴流是從黑洞自身的某些部分發射的，還是吸積盤中快速流動的物質發射的。
由於噴流可以將物質帶出星系中心，帶向星系之間的區域，因此噴流可能會影響星系的生長和演化，甚至會影響恆星和行星形成的位置。
為什麼噴流能擺脫黑洞引力？
所有研究資料都顯示，任何物質掉進黑洞都無法逃脫，那麼黑洞噴流是怎麼回事？是如何逃出黑洞引力的？
不錯，黑洞噴射現象是存在的，但不是從黑洞中直接噴射出來的。一般認為是物質掉落黑洞之前，沿著黑洞的自轉軸噴射出去。
黑洞引力極強，表面脫離速度（黑洞的第一宇宙速度）大於等於光速，所以任何物質（包括光線）都不能從黑洞離開。
而當黑洞附近有物質源存在時，如有天體存在，或黑洞本身存在於星際氣體雲中，黑洞就會依靠強大的引力吸引物質向黑洞掉落。物質向黑洞掉落時，也不是直接落向黑洞，而是先進入圍繞黑洞高速運動的物質盤中，物質盤在圍繞黑洞運動的同時，物質逐漸接近黑洞並加速、升溫，然後才會落入黑洞。如果物質不是在黑洞自轉赤道附近，而是在自轉軸附近，物質在運動速度和溫度達到某一程度時，可能會
從黑洞自轉軸方向噴射出來，這就是黑洞噴流現象。閱讀更多 啟達教育 的文章
