來源：21Tech（News-21）
黑洞到底長什麼樣？在2019年4月10日之前，沒有人知道確切的答案。
科幻電影裡經常喜歡描繪黑洞，並給出自己的想法。近年來最出名的一部與黑洞相關的電影莫過於2014年上映的《星際穿越》，它讓觀眾們“親眼”看到了黑洞的樣子。
這個名叫“卡岡圖雅”的黑洞由黑色天區與明亮光環構成，相對論物理學家基普·索恩為影片設計了這個黑洞形象。2015年2月，該影片相關的可視化黑洞論文發表在期刊《Classical and Quantum Gravity》上，一定程度代表了學界對黑洞外觀的看法。
《星際穿越》中的黑洞“卡岡圖雅”
然而，你可以想象嗎？《星際穿越》上映五年後，人類居然真的可以看到黑洞的真容了！身為有史以來第一批“看見”黑洞的本屆人類，小編真的很開心啊！
北京時間2019年4月10日晚間，事件視界望遠鏡（EHT）宣佈了超大質量黑洞的照片。真實的黑洞是長這個樣子的：
超大質量黑洞M87中心的影像， 來源：21Tech
這次拍的是哪個洞？
黑洞一向在宇宙間神秘莫測。
這個連光線都無法逃脫其視界的物體，被美國物理學家約翰·阿奇博爾德·惠勒（John Archibald Wheeler）描述其為“不可思議的天體”。它由一個密度無限大、時空曲率無限高、體積無限小、熱量無限大的奇點，加上週圍一部分空空如也的天區組成，吞噬著臨近宇宙區域的所有光線與物質。
其中，黑洞的幾乎所有質量都集中在奇點上，它也是黑洞強大引力場的中心。奇點周圍的天區存在一個臨界半徑，被稱為“視界面”。在這個半徑內，就是黑洞的“勢力範圍”。
當前質量天文學家將宇宙中的黑洞分成三類：
恆星級質量黑洞(幾十倍至上百倍太陽質量)
超大質量黑洞(幾百萬倍太陽質量以上)
中等質量黑洞(介於兩者之間)
本次被拍照的就是黑洞界的“大塊頭”——超大質量黑洞。
不過問題來了，拍照的前提是找到拍照對象。在這個連光線都能吞噬掉的怪物面前，如何才能確定它的位置呢？
據介紹，在這次拍照前，天文學家們通過各種間接的證據來表明黑洞的存在，主要有三類代表性證據：一是恆星、氣體的運動透露了黑洞的蹤跡，因為黑洞的強引力會對周圍的恆星、氣體會產生影響；二是根據黑洞吸積物質(相當於“吃東西”)發出的光來判斷黑洞的存在；三是通過看到黑洞成長的過程“看”見黑洞。
據瞭解，視界面望遠鏡此次觀測目標主要有兩個，一是銀河系中心黑洞Sgr A*，二是位於星系M87中的黑洞。之所以選定這兩個黑洞作為觀測目標，是因為它們的視界面在地球上看來足夠大。其它黑洞因為距離地球更遠或質量大小有限，觀測的難度更大。
其中，Sgr A*黑洞的質量相當於400萬個太陽，所對應的視界面尺寸約為2400萬公里，相當於17個太陽的大小。M87中心黑洞的質量則竟然達到60億個太陽質量，視界範圍大約是冥王星軌道的三倍。
拍攝黑洞的正確姿勢
確定好位置後，如何進行拍照呢？
據瞭解，本次拍到黑洞照片的EHT，是通過“甚長基線干涉技術”(VLBI)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——事件視界望遠鏡。
“拍照並非拍的是可見光波長範圍，而是EHT接收黑洞輻射，以此描述黑洞的外形。”一位中科院研究物理學的朋友告訴21tech。
而要看清楚黑洞視界面的細節，望遠鏡的空間分辨率需要足夠高，甚至需要高到哈勃望遠鏡的1000倍以上。此時“干涉技術”就登場了。
所謂“干涉技術”，是指利用多個位於不同地方的望遠鏡，在同一時間聯合觀測，最後將數據進行相關係分析後合併。這種情況下，望遠鏡的分辨率取自望遠鏡之間的距離，而非單個望遠鏡的口徑大小。
據瞭解，此次為黑洞拍照的EHT由8個全球射電望遠鏡構成，其分辨率相當於一部口徑為地球直徑大小的射電望遠鏡分辨率。它們分別是：
l 南極望遠鏡（South Pole Telescope）；
l 位於智利的阿塔卡馬大型毫米波陣(Atacama Large Millimeter Array，ALMA)；
l 位於智利的阿塔卡馬探路者實驗望遠鏡（Atacama Pathfinder Experiment）；
l 位於墨西哥的大型毫米波望遠鏡（Large Millimeter Telescope）；
l 位於美國亞利桑那州的（Submillimeter Telescope）；
l 位於夏威夷的麥克斯韋望遠鏡（James Clerk Maxwell Telescope，JCMT）；
l 位於夏威夷的亞毫米波望遠鏡（Submillimeter Array）；
l 位於西班牙的毫米波射電天文所的30米毫米波望遠鏡。
從2018年起，又有格陵蘭島望遠鏡、位於法國的IRAM NOEMA天文臺和位於美國的基特峰國立天文臺加入後續研究和校準工作。
另外，據中國科學院大學天文學教授苟利軍介紹，其實本次照片拍攝在2017年4月5日至14日之間就已經完成。但由於此次視界面望遠鏡跨越南北半球，所涉站點區域非常廣闊，因此要處理的數據量也異常龐大。
他透露，視界面望遠鏡每一個晚上所產生數據量可達2 PB (1 PB=1000 TB=1000000 GB)，“和歐洲大型質子對撞機一年產生的數據量差不多“。因此，黑洞的“洗照片”過程一直延續至今，直到今晚照片才公之於眾。
讓我們為這些望遠鏡寶寶和背後無數的科學家們鼓掌！感謝他們和它們的努力，讓我們成為首批看到黑洞真容的碳基生物！
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