【视频：20220513【晨报】天文学家发布首张银河系中心黑洞照片】

5月12日，包括中国在内的世界各地天文学家发布了首张银河系中心超大质量黑洞照片。 结果提供了该物体是黑洞的经验证据，为理解被认为位于大多数星系中心的“庞然大物”的行为提供了宝贵的线索。 该图像是事件视界望远镜（EHT）协作组织通过分布在世界各地的射电望远镜网络“拍摄”的。

这是银河系中心巨大物体的真实写照。 科学家此前曾观察到许多恒星绕着银河系中心一个看不见的、致密的大质量天体运行。 这表明这个被称为人马座 A* (Sgr A*) 的物体是一个黑洞，今天发布的图像提供了第一个直接的视觉证据。

因为黑洞不发光，所以我们看不到黑洞本身，但旋转的发光气体给出了它存在的迹象：一个微弱的中心区域（称为阴影），周围有一个明亮的环。 照片中显示的（射电）光是由黑洞强大的引力弯曲引起的，其质量超过太阳质量的四百万倍。

天文学与天体物理研究所 EHT 项目科学家杰弗里·鲍尔 (Geoffrey Bower) 表示：“令我们惊讶的是，这些光环的大小与爱因斯坦广义相对论的预测惊人地一致。” “这些前所未有的观测极大地提高了我们对银河系中心正在发生的事情的理解，并为超大质量黑洞如何与其周围环境相互作用提供了新的视角。” EHT团队的研究成果以特刊的形式发表在《天体物理学杂志快报》上。

银河系中心的黑洞距离地球27000光年，因此在距离地球38万公里的月球上看起来大约有一个“甜甜圈”大小。 为了拍到这张照片，科研团队创造了观测工具EHT，这是一个与地球一样大的虚拟望远镜，由分布在全球六个地方的八个射电望远镜组成。 EHT 对 Sgr A* 进行了多个夜晚的观测，每个夜晚都会收集几个小时的连续数据，就像相机长时间曝光一样。

这是EHT合作组织继2019年发布人类首张黑洞照片、捕捉到位于更遥远星系M87的中心黑洞（M87*）后的又一重大突破。

尽管银河系中心的黑洞比 M87* 小 1,500 多倍，也比 M87* 轻 1,500 多倍，但这两个黑洞看起来非常相似。 荷兰阿姆斯特丹大学理论天体物理学家 EHT Science 表示：“它们来自两种不同类型的星系，黑洞质量截然不同，但当我们关注这些黑洞的边缘时，它们看起来神奇地相似。” 委员会联合主席塞拉·马科夫表示：“这告诉我们，靠近黑洞的物体完全受广义相对论支配，而我们在远处看到的不同外观是由黑洞周围物质的差异引起的。”

虽然Sgr A*离我们更近，但这一成就比M87*要难得多。 亚利桑那大学天文系和数据科学研究所 Steward 天文台的 EHT 科学家 Chi-kwan Chan 解释说：“黑洞周围的气体围绕 Sgr A* 和 M87* 以几乎绕 M87 运行的气体*一个周期需要几天到几周的时间，但对于小得多的 Sgr A*，气体可以在几分钟内绕一圈。这意味着当 EHT 观测 Sgr A* 时，超大质量黑洞旋转气体的亮度和图案也时刻在快速变化。这有点像拍一张小狗追尾巴的清晰照片。”

研究人员开发了新的复杂工具来解释 Sgr A* 周围气体的运动。 相对容易对像 M87* 一样稳定且图案几乎相同的目标进行成像，但与 Sgr A* 完全不同。 人马座A*的黑洞照片是研究团队提取的不同照片的平均效果，最终可以首次呈现隐藏在银河系中心的“庞然大物”。

这得益于 EHT 合作组织的绝妙想法，该合作组织由来自全球 80 个研究机构的 300 多名研究人员组成。 除了开发复杂的工具来克服 Sgr A* 成像的挑战之外，研究团队还花了五年时间使用超级计算机来综合和分析数据，编制了前所未有的黑洞模拟数据库，以便与观测结果进行严格比较。

中国科学院上海天文台EHT联合成员卢如森表示：“银河系中心黑洞首次成像观测的数据分析确实花费了很大的努力。 EHT合作团队。” 上海天文台EHT的另一位成员姜武补充道：“研究小组遍历了极大的成像参数空间来确定这张黑洞图片。”

科学家们特别兴奋的是，终于获得了两个不同大小黑洞的照片，这为他们的对比研究提供了条件。 他们开始使用新数据来测试有关超大质量黑洞周围气体行为的理论和模型。 这一过程目前尚未完全了解，但被认为在星系的形成和演化中发挥着关键作用。

“现在我们可以研究这两个超大质量黑洞之间的差异，以获得对于理解这一重要过程有价值的新线索，”天文与天体物理研究所的 EHT 科学家浅田敬一说。 “我们已经拥有两个质量相差超过1500倍的黑洞的照片。与过去相比，我们将能够进一步检验极端环境下的引力。”

EHT并没有停止观测和研究：就在今年3月，它刚刚完成了涉及更多望远镜的联合观测。 EHT的持续扩展和技术创新将使科学家们能够分享更多引人注目的照片，包括在不久的将来的黑洞“电影”。

“制作这样一部关于银河系中心黑洞的‘电影’，是下一代EHT的追求。” 上海天文台EHT合作国内协调员沈志强表示：“我们正在计划建造中国的亚毫米波VLBI望远镜，以便参与Sgr A*的24小时不间断中继观测。”

图1.银河系中心黑洞的第一张图像（由EHT Collaboration提供）

这是银河系中心超大质量黑洞Sgr A*的第一张图像，也是该黑洞真实存在的第一个直接视觉证据。 该图像是由地球大小的虚拟望远镜（EHT）捕获的，该望远镜由分散在地球各地的八个射电望远镜组成。 该望远镜以事件视界命名，事件视界是光无法逃逸的黑洞边界。 因为黑洞不发光，所以我们看不到黑洞本身，但旋转的发光气体发出了黑洞存在的信号：一个微弱的中心区域（称为阴影），周围有一个明亮的环。 照片中显示的（射电）光是由黑洞强大的引力弯曲引起的，其质量超过太阳质量的四百万倍。 该图像是EHT团队从Sgr A* 2017年观测数据中提取的不同图像的平均值（图2）。

图2.银河系中心黑洞的第一张图像就是这样制作的。 （由 EHT 合作伙伴提供）

EHT合作团队将从2017年EHT观测数据中提取的许多照片组合成银河系中心超大质量黑洞Sgr A*的最终照片。 最终图像是通过对使用不同计算方法获得的数千张图像进行平均而生成的，所有这些图像都准确地拟合了 EHT 数据。 最终照片保留了所有不同图像中更常见的特征，并抑制了不太常见的特征。 上述数千张不同图像的集合可以根据其相似特征分为四个子集。 该图的底行显示了每个子集的平均代表图像。 三个子集的图像均具有环形结构，但环周围的亮度分布不同。 第四个子集包含看起来不像环的图像，尽管它们也适合数据。 直方图显示属于每个子集的图像的相对数量。 前三个子集每个都有数千张照片，而第四个也是最小的子集只有几百张照片。 直方图的高度表示每个子集对最终照片的相对“权重”或贡献。