首张黑洞照片今晚公布，预习资料拿走不谢

澎湃新闻记者 虞涵棋

人类历史上首张黑洞照片今晚揭晓。美国东部时间10日9时（北京时间10日21时），在美国华盛顿、中国上海和台北、智利圣地亚哥、比利时布鲁塞尔、丹麦灵比和日本东京将同时召开新闻发布会，以英语、汉语、西班牙语、丹麦语和日语发布“事件视界望远镜”的第一项重大成果。

届时，澎湃新闻（www.thepaper.cn）记者会在上海天文台的新闻发布会现场带来速递。而读者们在搬好小板凳坐等“吃瓜”的同时，不妨先快速预习一下与这项黑洞研究有关的背景资料。

电影星际穿越当中的黑洞，周围的亮环是由气体构成的吸积盘（图片来源：电影《星际穿越》）

问：什么是黑洞？

答：根据爱因斯坦引力场方程的计算，如果大量物质集中于空间一点，奇点周围会形成时空扭曲的“视界”，一旦进入这个界面，连光子也无法逃逸。

这个预测在1916年被提出来，不过，直到1967年，普林斯顿大学核物理学家约翰•惠勒才在一场讲座里首次使用了“黑洞”（black hole）这个词汇，并迅速流传开来。

问：既然看不见，怎么拍黑洞的照片？

答：虽然科学家们看不到黑洞的本体，但可以一直追溯到光子消失的“视界”，这是我们能“看到”的极限。

黑洞周围的确会存在一些发光的现象，比如黑洞在吃掉周围的恒星时，会将恒星的气体撕扯到身边，形成一个旋转的吸积盘。黑洞有时候也会“打嗝”，一部分吸积气体会沿转动方向被抛射出去，形成喷流。

吸积盘和喷流都会因气体摩擦而产生明亮的光线，以及其他频段的辐射。

问：怎么寻找黑洞？

答：科学家们可以通过黑洞对周围天体的影响来间接地感受到它的存在，尤其是它巨大的引力造成的时空扭曲，就像可以通过月亮的绕行轨道和速度来间接推测地球的质量。

其次，上文提到过吸积盘和喷流会产生发光现象，伴随其他频段的辐射。

最后，黑洞与其他天体或另一个黑洞的相互作用会产生大量引力波，也是可探测的线索。

问：有确认存在的黑洞吗？

答：有。人类探测到的第一例引力波信号，就是由双黑洞并合产生的。

人类发现的第一个强有力的黑洞候选天体是1964年发现的天鹅座X-1，距离地球约6000光年。天鹅座X-1有一个正在被它吃掉的“舞伴”，但伴星的质量却比它本身更加大，引发了广泛的争议，其身份长期悬而不决，霍金都为此打过赌（并输掉了）。科学家们后来测得天鹅座X-1的质量约为14.8个太阳，视界半径300公里，应该是一个“胃口”非常小的黑洞。

目前，科学家们更为关注的一类黑洞候选系统是软X射线瞬变源。这类系统包含一个小质量的舞伴，通常处于宁静态，但会出现间歇性的X射线爆发现象，间隔时间从数月到数十年不等。间歇性爆发的时候，就是探测黑洞的好时机。

根据理论计算，银河系中应该存在上千万个恒星量级的黑洞，现在得到确认的只有20多个。

问：这次拍到了哪个黑洞的照片？

答：两个超大质量黑洞。一个是银河系中心黑洞Sgr A*，一个位于室女座的M87星系中心。之所以选择这两个目标，而不是银河系中更近的恒星级黑洞，是因为它们的视界从地球上看足够大。

长久以来，科学家们就发现几千亿颗恒星围绕着银河系中心转动，推测出那里存在一个超大质量的天体。根据计算，Sgr A*的质量大约相当于400万个太阳，视界半径约2400万公里。听起来足够大，不过，鉴于银河系中心黑洞远在2.5万光年（约24亿亿公里）之外，实际效果相当于在地球上观察一颗放在月球上的橙子，或者在北京看清上海一颗高尔夫球上的小坑。

M87中心的超大质量黑洞则达到了66亿倍太阳质量，视界范围大约是冥王星轨道的三倍。当然，因为距离更远的缘故，M87中心黑洞在地球上看的实际效果与Sgr A*可能相差不大。

问：怎么拍出分辨率这么高的照片？

答：全球望远镜组成阵列，联合观测，形成一个有效口径等于地球直径的大望远镜。这个虚拟的大望远镜叫做“事件视界望远镜”（EHT），由8台望远镜组成。分别是：南极望远镜（South Pole Telescope）；位于智利的阿塔卡马大型毫米波阵(Atacama Large Millimeter Array，ALMA）；位于智利的阿塔卡马探路者实验望远镜（Atacama Pathfinder Experiment）；墨西哥的大型毫米波望远镜（Large Millimeter Telescope）；位于美国亚利桑那州的（Submillimeter Telescope）；位于夏威夷的麦克斯韦望远镜（James Clerk Maxwell Telescope，JCMT）；位于夏威夷的亚毫米波望远镜（Submillimeter Array）；位于西班牙的毫米波射电天文所的30米毫米波望远镜。它们在2017年4月对两个黑洞目标进行了联合观测。

从2018年起，又有格陵兰岛望远镜、位于法国的IRAM NOEMA天文台和位于美国的基特峰国立天文台加入后续的研究和校准工作。

全球一共60多个研究机构参与了研究，其中包括中国科学院下属的上海天文台、云南天文台等机构，以及华中科技大学、南京大学、中山大学、北京大学、中国科学院大学、台湾大学等高校。这也是中国上海和台北两地联合举办新闻发布会的原因。

问：2017年拍的照片，为什么现在才公布？

答：黑洞照片“拍”起来难，“洗”出来也难。虚拟的大望远镜阵列并非直接拍出了黑洞的图像，而是给出了许多数据，必须经历复杂的计算机处理过程。其中还有些缺失或模糊的部分，需要科学家们拼图。

此外，在2017年4月的联合观测以后，研究团队还进行了一些数据收集和校准的工作。

本期实习编辑 常琛

推荐阅读