日期:[2022年05月16日]
-- 智慧生活报 --
版次:[A3]
“银河系中心黑洞”首次成像
这是人类拍摄的第二张黑洞照片
继2019年首张黑洞照片发布后，第二张黑洞照片“银河系中心黑洞”终于露出真容。
北京时间5月12日21时许，事件视界望远镜（EHT）合作组织正式发布了银河系中心黑洞人马座A*（Sgr A*）的首张照片，这是继2019年捕获位于更遥远星系M87中央黑洞后的又一重大突破。此前，诺贝尔物理学奖颁给了“银河系中心黑洞的发现”，此次发布的照片则提供了该超大质量黑洞存在的直接视觉证据。
银河系中心黑洞于上世纪被发现
上世纪50年代后期，随着全天射电源普查的开展，人们发现一类强烈射电源的光学对应体看起来似乎是恒星，但有着让人难以理解的光学光谱，它们被天文学家称为类星体。
类星体被发现后，人们陆续提出各种模型来解释类星体的产能机制。在这些模型中，超大质量黑洞吸积物质产生的辐射逐渐成为被广为接受的解释。
上世纪60年代末，有科学家提出，许多星系在其中心都有一个质量高达百万倍到几十亿倍太阳质量的超大质量黑洞，并断言这样一个超大质量的黑洞是过去活跃的“类星体阶段”的残余物，银河系同样也不例外。
两年后，“银河系中心存在一个超大质量的黑洞”这一观点被论证。科学家提出，通过甚长基线干涉测量（VLBI）技术很快就能确定银河系中心黑洞的大小。
此后的几十年间，人们直接探测该黑洞的渴望不断助推技术的发展，使人类能够一步步接近黑洞的边缘。
数十年追逐终让黑洞“现形”
银河系中心黑洞距离地球有2.7万光年之遥，大小看上去与从地球上看38万千米远的月亮上的“甜甜圈”大小差不多。
在VLBI技术发展初期，由于当时射电望远镜的数量非常有限，需要在“正确”的观测波长并在“合适”距离的射电望远镜之间才能够探测到。
随着VLBI技术及观测设备的发展，人们对黑洞开展了一系列高辨率观测，尤其是近20多年来在毫米波段开展的观测。
为了拍摄这张照片，研究团队创建了观测利器EHT，这是由分布在全球六地的8个射电望远镜组成的一个犹如地球那么大的虚拟望远镜。科学家利用EHT开展了多次观测，每次连续采集好几个小时的数据，就如同相机长时间曝光。
研究人员介绍，此次发布的这张照片是EHT团队从2017年的观测数据中提取出的不同照片“拼”成的，通过将数千张使用不同计算方法得到的图像平均起来生成，所有这些图像都可准确拟合EHT数据。
距离更近但照片拍摄难度更大
黑洞是一种密度极大的天体，具有非常强的引力，在它周围的一定区域内连光也无法逃逸出去，这一区域的最大边界被称为“事件视界”。
这个黑洞距离地球有2.7万光年，质量是太阳质量的400万倍。科学家之前已观测到众多恒星围绕银河系中心一个不可见的、致密的、质量极大的天体运动，这张照片就给出了该天体就是黑洞的实证，为理解这种被认为居于大多数星系中心的“巨兽”的行为提供了宝贵的线索。
EHT早在2019年就公布了首次M87黑洞成像的结果，此次对银河系中心黑洞的首次成像可以说是人们期待已久的。但人们不禁要问，既然EHT在2017年4月几乎同时观测到了M87*和Sgr A*, 后者的成像为什么如此耗时呢？
研究人员解释说，这是因为Sgr A*周围的气体旋转速度更快，因而其亮度和图案的变化也更大，加之目前的望远镜基线覆盖仍然比较稀疏，多种因素叠加在一起使得“冲洗”这张照片的技术难度更大，EHT合作团队不得不开发更复杂的工具来消除这些影响。
尽管 Sgr A*离我们更近，但这张照片拍起来要比人类首张黑洞照片难得多，这是什么原因呢？
来自斯图尔德天文台、亚利桑那大学天文系和数据 科 学 所 的 科 学 家Chi-kwan Chan解释说：“黑洞周围的气体均以几乎接近光速绕着Sgr A*和M87*高速旋转。气体绕转M87*一周需要几天到数周时间，但对相对小很多的Sgr A*来说，几分钟内气体即可绕转一周。这意味着观测Sgr A*时，该超大质量黑洞周围绕转气体的亮度和图案在时刻快速变化着，这就像要给一只正在追逐自己尾巴的小狗拍一张清晰的照片。”
分析数据多耗费了三年时间
2019年首张黑洞照片的问世，让事件视界望远镜（E-HT）项目的国际科研团队走入公众视野，该团队中有16位来自中国大陆的学者，南京大学李志远教授便是其中之一，他在接受记者采访时表示：“更多黑洞照片正在路上。”
2019年首张黑洞照片发布时，科研人员通过分布在全球六个不同地理位置的8个望远镜捕获数据，经过技术合成，让距离地球5500万光年的M87星系黑洞成功展现在世人面前，而分析银河系中心黑洞的相关数据，科学家们比之前多耗费了近三年时间。
为什么这张照片“洗”出来需要这么久？专家介绍，为了得到第一张黑洞图像，EHT的一些成员其实已经默默工作了近20年。在此过程中，科研工作者需要不断地开发、测试新的硬件和软件，尤其是最后几年，工作量更为艰巨。
组织全球性的联合观测本身就有很多实际困难需要克服，为了能够有足够的角分辨率观测到黑洞的事件视界尺度，便需要很高的观测频率。在2017年观测后，首先需要从各个台站收集观测数据到数据处理中心，然后利用EHT成员专门针对EHT观测研发的工具进行数据处理、校准、分析，最后再解释得到的结果。
下一步计划拍摄黑洞“电影”
黑洞研究可能给我们带来什么惊喜？
上海天文台专家表示，未来银心黑洞和M87星系黑洞仍是最重要的科学目标，EHT团队正在探究它们如何随时间变化获得更清晰的图像，并研究周围磁场。作为离人类最近的超大质量黑洞，银河系中心黑洞Sgr A*为我们提供了一个检验广义相对论和探索黑洞天体物理的独特实验室。
随着此次首张银河系中心黑洞照片的发布，后续的工作将通过偏振观测数据来研究该黑洞周围的磁场，并进一步研究与观测到的X-射线耀斑活动有关的结构变化。
事件视界望远镜于2018年增加了3个新的台站，随着新望远镜的加入以及数据记录带宽的不断增加，EHT阵列的灵敏度不断得到提升。随着更多亚毫米波望远镜的加入，未来有望实现对其24小时不间断的接力成像观测，人类将最终能够实现对该黑洞周围物理环境的动态摄像。
EHT观测研究的脚步不会停止。“拍摄一部银河系中心黑洞的‘电影’是下一代EHT的追求。”来自中科院上海天文台的EHT合作国内协调人沈志强说，“我们正在规划建设中国的亚毫米波VLBI望远镜，以期参与到对Sgr A*的24小时不间断的接力观测中。”
据悉，专家组已经投入到新的观测中，未来通过对不同频段的观测，科研人员有望获得更加丰富的数据，丰富黑洞的照片数据库，从而给黑洞拍出真正意义上的彩色照片。 本报综合
北京时间5月12日21时许，事件视界望远镜（EHT）合作组织正式发布了银河系中心黑洞人马座A*（Sgr A*）的首张照片，这是继2019年捕获位于更遥远星系M87中央黑洞后的又一重大突破。此前，诺贝尔物理学奖颁给了“银河系中心黑洞的发现”，此次发布的照片则提供了该超大质量黑洞存在的直接视觉证据。
银河系中心黑洞于上世纪被发现
上世纪50年代后期，随着全天射电源普查的开展，人们发现一类强烈射电源的光学对应体看起来似乎是恒星，但有着让人难以理解的光学光谱，它们被天文学家称为类星体。
类星体被发现后，人们陆续提出各种模型来解释类星体的产能机制。在这些模型中，超大质量黑洞吸积物质产生的辐射逐渐成为被广为接受的解释。
上世纪60年代末，有科学家提出，许多星系在其中心都有一个质量高达百万倍到几十亿倍太阳质量的超大质量黑洞，并断言这样一个超大质量的黑洞是过去活跃的“类星体阶段”的残余物，银河系同样也不例外。
两年后，“银河系中心存在一个超大质量的黑洞”这一观点被论证。科学家提出，通过甚长基线干涉测量（VLBI）技术很快就能确定银河系中心黑洞的大小。
此后的几十年间，人们直接探测该黑洞的渴望不断助推技术的发展，使人类能够一步步接近黑洞的边缘。
数十年追逐终让黑洞“现形”
银河系中心黑洞距离地球有2.7万光年之遥，大小看上去与从地球上看38万千米远的月亮上的“甜甜圈”大小差不多。
在VLBI技术发展初期，由于当时射电望远镜的数量非常有限，需要在“正确”的观测波长并在“合适”距离的射电望远镜之间才能够探测到。
随着VLBI技术及观测设备的发展，人们对黑洞开展了一系列高辨率观测，尤其是近20多年来在毫米波段开展的观测。
为了拍摄这张照片，研究团队创建了观测利器EHT，这是由分布在全球六地的8个射电望远镜组成的一个犹如地球那么大的虚拟望远镜。科学家利用EHT开展了多次观测，每次连续采集好几个小时的数据，就如同相机长时间曝光。
研究人员介绍，此次发布的这张照片是EHT团队从2017年的观测数据中提取出的不同照片“拼”成的，通过将数千张使用不同计算方法得到的图像平均起来生成，所有这些图像都可准确拟合EHT数据。
距离更近但照片拍摄难度更大
黑洞是一种密度极大的天体，具有非常强的引力，在它周围的一定区域内连光也无法逃逸出去，这一区域的最大边界被称为“事件视界”。
这个黑洞距离地球有2.7万光年，质量是太阳质量的400万倍。科学家之前已观测到众多恒星围绕银河系中心一个不可见的、致密的、质量极大的天体运动，这张照片就给出了该天体就是黑洞的实证，为理解这种被认为居于大多数星系中心的“巨兽”的行为提供了宝贵的线索。
EHT早在2019年就公布了首次M87黑洞成像的结果，此次对银河系中心黑洞的首次成像可以说是人们期待已久的。但人们不禁要问，既然EHT在2017年4月几乎同时观测到了M87*和Sgr A*, 后者的成像为什么如此耗时呢？
研究人员解释说，这是因为Sgr A*周围的气体旋转速度更快，因而其亮度和图案的变化也更大，加之目前的望远镜基线覆盖仍然比较稀疏，多种因素叠加在一起使得“冲洗”这张照片的技术难度更大，EHT合作团队不得不开发更复杂的工具来消除这些影响。
尽管 Sgr A*离我们更近，但这张照片拍起来要比人类首张黑洞照片难得多，这是什么原因呢？
来自斯图尔德天文台、亚利桑那大学天文系和数据 科 学 所 的 科 学 家Chi-kwan Chan解释说：“黑洞周围的气体均以几乎接近光速绕着Sgr A*和M87*高速旋转。气体绕转M87*一周需要几天到数周时间，但对相对小很多的Sgr A*来说，几分钟内气体即可绕转一周。这意味着观测Sgr A*时，该超大质量黑洞周围绕转气体的亮度和图案在时刻快速变化着，这就像要给一只正在追逐自己尾巴的小狗拍一张清晰的照片。”
分析数据多耗费了三年时间
2019年首张黑洞照片的问世，让事件视界望远镜（E-HT）项目的国际科研团队走入公众视野，该团队中有16位来自中国大陆的学者，南京大学李志远教授便是其中之一，他在接受记者采访时表示：“更多黑洞照片正在路上。”
2019年首张黑洞照片发布时，科研人员通过分布在全球六个不同地理位置的8个望远镜捕获数据，经过技术合成，让距离地球5500万光年的M87星系黑洞成功展现在世人面前，而分析银河系中心黑洞的相关数据，科学家们比之前多耗费了近三年时间。
为什么这张照片“洗”出来需要这么久？专家介绍，为了得到第一张黑洞图像，EHT的一些成员其实已经默默工作了近20年。在此过程中，科研工作者需要不断地开发、测试新的硬件和软件，尤其是最后几年，工作量更为艰巨。
组织全球性的联合观测本身就有很多实际困难需要克服，为了能够有足够的角分辨率观测到黑洞的事件视界尺度，便需要很高的观测频率。在2017年观测后，首先需要从各个台站收集观测数据到数据处理中心，然后利用EHT成员专门针对EHT观测研发的工具进行数据处理、校准、分析，最后再解释得到的结果。
下一步计划拍摄黑洞“电影”
黑洞研究可能给我们带来什么惊喜？
上海天文台专家表示，未来银心黑洞和M87星系黑洞仍是最重要的科学目标，EHT团队正在探究它们如何随时间变化获得更清晰的图像，并研究周围磁场。作为离人类最近的超大质量黑洞，银河系中心黑洞Sgr A*为我们提供了一个检验广义相对论和探索黑洞天体物理的独特实验室。
随着此次首张银河系中心黑洞照片的发布，后续的工作将通过偏振观测数据来研究该黑洞周围的磁场，并进一步研究与观测到的X-射线耀斑活动有关的结构变化。
事件视界望远镜于2018年增加了3个新的台站，随着新望远镜的加入以及数据记录带宽的不断增加，EHT阵列的灵敏度不断得到提升。随着更多亚毫米波望远镜的加入，未来有望实现对其24小时不间断的接力成像观测，人类将最终能够实现对该黑洞周围物理环境的动态摄像。
EHT观测研究的脚步不会停止。“拍摄一部银河系中心黑洞的‘电影’是下一代EHT的追求。”来自中科院上海天文台的EHT合作国内协调人沈志强说，“我们正在规划建设中国的亚毫米波VLBI望远镜，以期参与到对Sgr A*的24小时不间断的接力观测中。”
据悉，专家组已经投入到新的观测中，未来通过对不同频段的观测，科研人员有望获得更加丰富的数据，丰富黑洞的照片数据库，从而给黑洞拍出真正意义上的彩色照片。 本报综合
