包括中国在内的全球多地天文学家同步公布首张黑洞照片

据新华社电 人类史上首张黑洞照片面世!北京时间10日晚9时许,“事件视界望远镜”项目在美国华盛顿、中国上海和台北、智利圣地亚哥、比利时布鲁塞尔和日本东京等地同时召开新闻发布会,发布他们拍到的第一张黑洞照片。这是由200多名科研人员历时十余年、从四大洲8个观测点“捕获”的黑洞的视觉证据。

爱因斯坦预言又对了

这是人类第一次凝视曾经只存在于理论中的天体——黑洞,一种体积极小、质量极大的天体,如同一个宇宙“吞噬之口”,连光也无法逃逸。

露出真容的黑洞,位于室女座一个巨椭圆星系M87的中心,距离地球5500万光年,质量约为太阳的65亿倍。照片展示了一个中心为黑色的明亮环状结构,看上去有点像甜甜圈,其黑色部分是黑洞投下的“阴影”,明亮部分是绕黑洞高速旋转的吸积盘。

百余年前,爱因斯坦的广义相对论率先对黑洞作出预言,从此成为许多科幻电影的灵感源泉。科学家陆续通过一些间接证据证实了黑洞的存在,但人类始终没有真正“看到”过黑洞。

“这是人类获得关于黑洞的第一个直接视觉证据,证实了爱因斯坦广义相对论在极端条件下仍然成立。”参与国际合作的中方科学家、中国科学院上海天文台台长沈志强说。

望远镜口径如地球大小

质量极其巨大的黑洞,是宇宙中的神秘存在。这次通过分布全球的观测点组成一个口径如地球大小的虚拟望远镜——黑洞事件视界望远镜,顺利实现在1.3毫米波长的观测,并经过长期的数据分析,成功“捕获”黑洞的影像。

由于需要极高的灵敏度,组成全球网络的8个射电望远镜分布在多个高海拔地区,包括夏威夷和墨西哥的火山、西班牙的内华达山脉、智利的阿塔卡马沙漠、南极点等。“这些望远镜的分辨率相当于能在黑龙江漠河阅读南沙群岛上的一张报纸。”中方科学家、上海天文台研究员路如森说。

“看”得远、“看”得清仍然不够,给黑洞拍照还要“看”得准。“观看电视节目要选对频道,黑洞影像也必须在合适的波段才能观测。”路如森说,最佳波段在1毫米附近,这一波段的黑洞光环最明亮,而背景“噪音”又最小。

该国际合作项目负责人、哈佛大学教授谢泼德·多尔曼表示,过去10多年里,技术的突破、全球天文台的合作等,让人类最终打开了一个观测黑洞的全新窗口。

●黑洞究竟是什么

“事实有时候比小说更奇怪,黑洞最能真实体现这一点,它比科幻作家梦想的任何东西都更奇怪。”霍金在最后一本著作《十问:霍金沉思录》中这样写道。

约100年前,以爱因斯坦为代表的伟大科学家预言,大质量恒星在燃料耗尽、生命终结之后会向内部中心区域崩塌、集聚,最终形成黑洞。

早期,黑洞只存在于牛顿万有引力定律和爱因斯坦广义相对论的公式和方程中,因为太过“超出人类理解”,就连最早预言的人都怀疑黑洞的真实存在。“直至2015年,人类首次探测到两个黑洞合并所产生的引力波,才强有力地证明了黑洞的存在,但那仍只是间接证明。”参与此次国际合作的中科院上海天文台台长沈志强说。

20世纪60年代,美国天体物理学家约翰·惠勒首次将“黑洞”作为一个科学术语提出,这个词象征着它的黑暗和神秘。

●黑洞有多大

在多数人的想象中,黑洞之“大”超出人类对于大尺寸数量级的直观认知。但准确说,“黑洞只是质量和密度超乎想象的大,比如这次拍到的黑洞质量是太阳的65亿倍,属于超大质量黑洞,但体积却比较小,小到在其内部几乎没有空隙。”参与此次国际合作的中科院上海天文台研究员路如森说。

举个例子,“如果我们要将太阳变成黑洞,必须将太阳压缩到一个半径非常小的空间内。”沈志强说,而一旦太阳被压缩到这么小的空间内,就可以改名叫“黑洞”了,它拥有超强引力“先天基因”,可“吞噬”周围的气体、尘埃,乃至临近的恒星系和较小的黑洞。超强引力帮助黑洞以极其暴力的方式“跑马圈地”,宣誓自己的“势力范围”。

●黑洞离我们有多远

德国马克斯·普朗克射电天文研究所所长安东·岑苏斯在德国波恩接受新华社记者专访时介绍,这个项目的主要任务是拍摄两个黑洞。一个位于银河系中心,名为“人马座A*”,是距离我们最近的超大质量黑洞;另一个就是位于银河系邻近星系M87中心的黑洞,它的质量要大得多。它们是按人类“现有的能力”确定的“理想观测对象”。

即使最近的“人马座A*”,距地球也有2.6万光年,M87更是距离地球5500万光年。给这么远的对象拍照,需要举全球之力。岑苏斯说,这一名为“事件视界望远镜”的项目团队由来自全球的数百名研究人员组成,集合了分布在全球各地的多个射电望远镜。

●黑洞到底黑不黑

黑洞像个“至暗无底洞”,即便大名鼎鼎的“最牛飞毛腿”——光也难逃“魔洞”。但已故科学家斯蒂芬·霍金推断,黑洞并不像想象的那么黑,事物可以从黑洞逃脱。

哪个是真?哪个是假?

“从照片上看,黑洞的势力范围之内的确漆黑一片,但是势力范围里面,那个质量超大、体积超小的天体到底什么颜色,照片上还看不清楚。”沈志强说。

而对于被黑洞吞噬的一切事物有没有科幻电影中畅想的“逃离通道”,路如森说:“仍不清楚,照片中没法看到,可能没有。”

●黑洞有多少

根据理论推算,银河系中光恒星量级的黑洞就有上千万个。天文学界认为,许多星系中央都有超大质量黑洞。例如代号M87的超巨椭圆星系中心黑洞的质量被认为约为太阳的65亿倍。

天文学家根据质量将宇宙中的黑洞分成了三类:恒星级质量黑洞(几十倍至上百倍太阳质量)、超大质量黑洞(几百万倍太阳质量以上)和中等质量黑洞(介于两者之间)。

中国成为国际科学 合作重要参与者

从首张月背照片到首张黑洞照片,人类观测宇宙的新窗口正在不断打开。在探索宇宙奥秘的征程中,中国也不断贡献着智慧。

我国科学家全程参与了给黑洞拍照这项国际合作,在早期推动这一项国际合作、望远镜观测时间申请、夏威夷望远镜观测运行、后期数据处理和理论分析等方面均做出了贡献。

从“中国天眼”(FAST)到“世界巨眼”(SKA),从人类基因组测序到泛第三极环境研究,近年来,中国参与国际合作的广度和深度不断加大,在吸收世界创新养分的同时,也不断贡献中国智慧。

“过去一二十年间,中国在射电天体物理学、天文学等领域取得了巨大进展,在此次国际合作中做出了不可或缺的贡献。”荷兰奈梅亨大学教授海诺·法尔克说,随着中国的射电干涉测量和太空探索能力迅速增长,中国将成为国际科学合作的重要参与者。

黑洞的顺利成像不是终点。岑苏斯强调,未来还将增加望远镜的数量,甚至对新的黑洞进行观测,继续验证广义相对论的有关预测,借此了解星系的形成和演进,为人类解开更多奥秘……

“事件视界望远镜” 是怎样的存在?

在黑洞周围,光线不能逃脱的临界范围被称为黑洞的半径或“事件视界”。对这个特殊区域,人类动用口径相当于地球直径的“虚拟望远镜”,探寻黑洞留下的种种“蛛丝马迹”。

由于黑洞非常遥远且半径很小,以往设施没有足够的分辨率来直接观测黑洞,而是用观察周围恒星运动、吸积盘和喷流乃至引力波等间接方法来进行探测。

为了提高望远镜空间分辨率,来自全球多个国家30多个研究所的200多名科研人员开展了一项庞大的观测计划,他们将分布在全球不同地区的多个射电望远镜组成一个阵列进行联合观测,这就相当于获得了一个口径宛如地球大小的巨型望远镜,这就是“事件视界望远镜”项目。

“事件视界望远镜”实际上尝试观测的是黑洞的“事件视界”。经数年精心准备,“事件视界望远镜”项目的国际科研团队通力合作,借助分布在世界多地的8个射电望远镜联合观测,再经过近两年的数据处理及理论分析,终于成功获得第一张黑洞照片。

■本版文图:新华社