银河系中心首张黑洞照片背后：中国正规划建设亚毫米波VLBI望远镜

地球是人类的摇篮，但人类绝不会永远地躺在摇篮里。

北京时间5月12日晚，美国、德国、中国、墨西哥、智利、日本等国家同时召开新闻发布会，发布了天文学领域的又一重大成果——位于银河系中心的超大质量黑洞的首张照片发布，同时证实了该黑洞的真实存在。

试图理解缺少乐器的交响曲

这张期待已久的照片是国际研究团队“事件视界望远镜（EHT）合作组织”共同研究的成果，由分布在全球各地的射电望远镜组网“拍摄”而成。它也是EHT合作组织继2019年发布人类有史以来第一张黑洞照片以来的又一重大突破，当时所拍摄的黑洞来自更遥远的星系M87。

天文与天体物理资深研究员、EHT项目科学家Geoffrey Bower评价道：“这些前所未有的观测极大地提升了我们对银河系中心所发生一切的认识，并为了解超大质量黑洞如何与周围环境相互作用提供了全新视角。”

此前科学家已观测到众多的恒星围绕着银河系中心一个不可见的、致密的、质量极大的天体作轨道运动，并将它命名为人马座A*（Sagittarius A*：Sgr A*）。最新照片的发布为证明该天体就是黑洞提供了直接的视觉证据，该黑洞的质量超过了太阳质量的四百万倍。

天体物理学家、2011年诺贝尔物理学奖得主亚当·里斯（Adam Riess）对第一财经记者表示：“这张照片的制作非常复杂，它是用一个特殊的合成望远镜拍摄的，也就是一个由许多望远镜组成的望远镜阵列。它就像一个地球大小的巨型望远镜在环游世界。”

里斯进一步解释称，由于并非地球上的所有位置都提供望远镜，这就给拍摄增加了难度。“就好像是试图理解一首缺少乐器的交响乐演奏，在不同的日子里会有不同的乐器出现，然后你需要通过大量的分析，最后拼凑出这首交响乐（图片）真正演奏的内容。”里斯告诉第一财经记者。

为了拍摄这张黑洞照片，分布在全球六地的八个射电望远镜组成了一个视界望远镜阵列，对人马座A*开展了多个夜晚的观测，每次连续采集了数小时的数据，就如同相机的长时间曝光。

这集结了来自全球80个研究机构共300多名研究人员组成的EHT合作组织的想法才得以实现。除了开发复杂的工具来克服成像方面的挑战外，研究团队还花了五年时间，用超级计算机合成和分析数据，编纂了前所未有的黑洞模拟数据库与观测结果进行严格比对。

“给黑洞拍照有几个难度。”一位天体物理研究员告诉第一财经记者，“首先由于黑洞不发光，这使得人们看不见黑洞本身，但绕转的发光气体会给出黑洞存在的信号；其次因为银河系中心黑洞距离地球太远，需要通过新的观测技术，EHT就是观测利器。”

给追逐自己尾巴的小狗拍照

具体而言，人马座A*距离地球约有二万七千光年之遥，它的大小看上去与从地球上看月球上的甜甜圈大小差不多。此外，由于人马座A*的质量仅为M87*黑洞质量的一千五百分之一，因此也被称作“温柔巨兽”。

天文学家表示，人马座A*的质量更小，但变化的速度要更快。气体绕转M87*一周需要几天到数周时间，但几分钟内气体即可绕转人马座A*一周，这意味着拍照的难度更大。

“也就是说EHT在观测人马座A*之时，该超大质量黑洞周围绕转气体的亮度和图案也在时刻快速变化着。”斯图尔德天文台、亚利桑那大学天文系和数据科学所的EHT科学家Chi-kwan Chan解释称，“就有点像给一只正在追逐自己尾巴的小狗拍张清晰照片。”

上海天文台台长、EHT合作国内协调人沈志强研究员在上海新闻发布会上告诉包括第一财经记者在内的媒体：“给黑洞拍照涉及到很多模拟和仿真的工作，这是因为它周围的气体不断地在旋转，需要提取出的不同照片平均后的效果，才能把最终黑洞的面目呈现出来。”

沈志强介绍称，中国天文科学家参与了黑洞前期观测技术的预研，对黑洞大小、拍摄图片分辨率极限等研究推测，并对大量观测数据进行VLBI（甚长基线干涉测量）数据处理。

“我们正在规划建设中国的亚毫米波VLBI望远镜，以期参与到对人马座A*的24小时不间断的接力观测中。”沈志强表示。

目前，已有更多望远镜参与到联合观测中，EHT的持续扩展和技术革新也将使科学家未来能分享更多黑洞照片。沈志强表示：“下一代EHT的目标是能够拍摄一部银河系中心黑洞的‘电影’。”

全球的科学家们都表示，他们对于这个新发现的黑洞非常喜欢。“它比我们在过去十年模拟环境时所希望的更温和、更合作。”美国亚利桑那大学天文学家厄泽尔（Feryal Özel）在华盛顿举行的新闻发布会上称其为“温柔巨兽”。

哈佛-史密森尼天体物理学中心天体物理学家迈克尔·约翰逊（Michael Johnson）称该黑洞“虽然贪婪，但效率低下”，“吃的物质相对较少”。

科学家已经开始使用这些新的数据来检验超大质量黑洞周围气体行为的相关理论和模型。目前这个过程尚不完全清楚，但被认为对星系的形成和演化起了关键作用。而通过比对人马座A*和M87*两个质量相差1500倍以上的超大质量黑洞的差异，科学家还能够获得关于极端环境下引力的信息。