图注：银河系中心黑洞首张照片（来源：EHT)

2022年5月12日晚上9时许，参与“事件视界望远镜”项目的科学家召开全球新闻发布会，宣布直接拍摄到银河系中心的超大质量黑洞的照片。银心的这颗大黑洞距离我们约2.6万光年，质量相当于约400万颗太阳。

提到黑洞照片，公众应该都不会太陌生了。早在2019年4月10日，天文学家宣布过一张来自5500万光年之外的M87星系中心黑洞的照片。其实，今天公布的银河系中心黑洞的照片与三年前公布的M87黑洞照片是同时拍摄的，只不过由于拍摄银河系中心黑洞获得的数据更难处理，直到今天才向全世界公布。

为什么能给不发光的黑洞拍照？

黑洞给人印象最深刻的印象就是吞噬一切，甚至光线。如果是孤零零的黑洞，我们真的是没办法拍摄了。但通常情况下，黑洞周围都有物质环绕，组成一个盘状结构，叫“吸积盘”。吸积盘内的物质围绕黑洞高速旋转，相互之间由于摩擦而发出炽热的光芒，包括从无线电波到可见光、到X射线波段的连续辐射。

吸积盘处于黑洞“视界”的外部，因此发出的辐射可以逃逸到远处被我们探测到。因此，我们拍摄到的不是黑洞本身，而是利用其边界上的物质发出的辐射勾勒出来的黑洞的轮廓，有点像看皮影戏。

为什么给自家银河系黑洞拍照难度反而更大？

注：银河系中心被厚厚的尘埃遮蔽。

“不识庐山真面目，只缘身在此山中。”这句古诗能回答这个问题。因为银河系像一个扁扁的盘子，我们太阳系位于盘子边缘，向银河系中心望去，望远镜的视线会被大量的气体尘埃遮蔽。另一方面，银河系中心黑洞比M87黑洞质量小得多，周围的物质变化更加快速，这又给拍摄增加了难度。比如，在我们生活中，如果对一个运动的物体拍照，很容易引起拖尾现象，有时看起来非常浪漫，但这对拍摄黑洞照片却不友好。

注：延时摄影拍出的流光溢彩的效果。

什么是黑洞的“事件视界”？什么是“事件视界望远镜”？

简单来讲，黑洞的事件视界（Event horizon）就是指围绕黑洞的一个时空边界，任何物质、甚至光线一旦越过这个边界，永远无法返回。

所谓的“事件视界望远镜”不是一个望远镜，而是分布在全球的8座毫米/亚毫米波射电望远镜，这些望远镜组成了一个虚拟的，口径接近整个地球的虚拟望远镜。

“事件视界望远镜”的工作原理是什么？

这个地球大小的虚拟望远镜利用的是一种叫“甚长基线干涉测量”（VLBI）的技术。它允许用多个天文望远镜同时观测一个天体，模拟一个大小相当于望远镜之间最大间隔距离的巨型望远镜的观测效果。

注：分布在全球的8座毫米波亚毫米波射电望远镜虚拟出一个地球大小的“事件视界望远镜”。

甚长基线干涉观测的分辨率是其它任何望远镜所无法比拟的，在天文学的研究方面，观测课题集中在射电喷流、黑洞、射电源演化、银河系和河外星系微波脉泽源、引力透镜、超新星遗迹、近处和远处的星暴星系、暗弱射电源特性以及在活动星系核中的中性氢吸收。甚长基线干涉测量技术不仅在天体物理，而且在天体测量、天体测量等领域都有着广泛的应用。

为什么要用射电望远镜给黑洞拍照？可见光不行吗？

我们知道，人眼能够看到的光线称为可见光，是电磁波谱的一部分，频率范围从430太赫兹到750太赫兹，相应的波长范围从400纳米到700纳米。

射电望远镜就是利用射电波进行观测的望远镜，射电波也是电磁波谱的一部分，频率范围从高频的300吉赫兹到低频的30赫兹，相应的波长范围从1毫米到10000公里。在自然界，从闪电到宇宙天体都会发出射电波。由于星系中心的黑洞被厚厚的星际尘埃和气体阻挡，光学波段的望远镜无能为力，只能采用射电波段。毫米波已经是射电望远镜所用波长的下限，在电磁波谱上已经与红外线接壤。

望远镜的分辨率主要取决于两个参数，一个是所使用的波长，一个是口径的大小：口径一定，波长越短分辨率越高；波长一定，口径越大分辨率越高。为了能够观测到黑洞视界上的物质行为，事件视界望远镜已经把射电望远镜的分辨率提高到了前所未有的高度，到了10到20个微角秒的程度！这相当于看清4000公里外硬币上的发行日期。相比之下，人眼的分辨率大约为1角秒，哈勃望远镜的分辨率为0.05角秒，也就是说事件视界望远镜的分辨率是哈勃望远镜的数千倍。

为什么选择银河系中心的黑洞和M87星系中心黑洞作为研究对象？

据悉，在银河系内，人类已发现了20多颗恒星质量的黑洞，距离我们最近的3400多光年，但为什么不选择这些相对较近的黑洞进行观测，而非要舍近求远选择26000光年之外的银河系中心的黑洞和5500万光年之外的M87星系中心的黑洞呢？这是因为这些恒星级黑洞的质量太小，直径相对也较小，因此从地球上看去，张角反而不如较远距离的超大质量黑洞大。

银河系中心黑洞的质量相当于太阳质量的400万倍，视界直径约2400万公里，相当于17颗太阳接在一起，虽然黑洞巨大，但距离地球非常遥远。银河系中心黑洞距离地球约26000光年，在这样遥远距离上，巨大的黑洞也是个点状物，因此要求望远镜有变态的分辨率。

盘点“事件视界望远镜”项目取得的节点性成果

注：2019年，人类拍到的第一幅黑洞照片。

2019年4月10日，天文学家宣布首次拍摄到位于M87星系中心的黑洞照片。

注：M87星系中心黑洞在偏振光下的影像。

2021年3月24日，天文学家揭示M87星系中心黑洞在偏振光下的影像。

2021年4月24日，天文学家对“事件视界望远镜”的观测的数据公开发布。这些数据将极大地加深对这个黑洞中央引擎及其系统的理解，并提升对爱因斯坦广义相对论的检验。

银河系中心超大质量黑洞与诺贝尔奖

2020年诺贝尔物理学奖授予罗杰·彭罗斯(Roger Penrose)、赖因哈德·根策尔(Reinhard Genzel)和爱德莉亚·盖兹(Andrea Ghez)，以表彰前者“发现黑洞的形成是广义相对论的坚实预言“发现我们星系中心超大质量致密天体”。

注：银河系中心恒星围绕“中心物体”运动的情况！由于中心天体的质量极大，体积又极小，由此推断这个物体必须是黑洞。

这个措辞非常有意思，在当时由于还没有直接观测到银河系中心黑洞，而是利用黑洞周围恒星的运动行为间接推测出来的结果，因此，诺奖委员会为了保险起见，没直接说黑洞，而是用了“超大质量致密天体” 这个模糊的说法。（文/星空）