凝望人马座 A*：银河系中心超大黑洞“露出真容”|黑洞_新浪财经

这是我们自己星系黑洞的照片。北京时间12日晚9时许，包括中国在内的全球多地天文学家同步公布了位于银河系中心的超大质量黑洞——人马座 A* （Sgr A*）的首张照片。这项研究为何重要？我们又如何看懂这张照片？

这张照片的拍摄对研究有什么意义？

这张黑洞照片是由“事件视界望远镜（EHT）”项目组织实施获得的。EHT把地球上的8台射电望远镜组合起来，形成了一个口径如地球大小的“虚拟”望远镜，为科学家们提供了研究宇宙中最极端天体的新手段。

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”。实际上，EHT观测的就是黑洞的“事件视界”。

此次EHT合作组拍摄的人马座A*首张照片，则提供了银河系中心超大质量黑洞存在的直接视觉证据，其黑洞周围产生的现象与理论预测相一致。这张照片成为了自伽利略研究银河系到现今漫长研究历史的一个顶点，有助于科学家进一步研究超大质量黑洞周围气体行为的理论与模型。>>详情

银河系中心的超大质量黑洞人马座A*，插图来自EHT合作组，大图来自NASA

该黑洞距离地球更近，为何拍起来更难？

这也是EHT合作组织继2019年发布人类第一张黑洞照片，捕获了位于更遥远星系M87中央黑洞（M87*）之后的又一重大突破。

银河系的超大质量黑洞位于是我们自己的星系——银河系的中心。肯定有人会觉得，既然就在咱们身边，拍起来难道不是更容易吗？

实际上，正如那句诗说的，“不识庐山真面目，只缘身在此山中” 。我们借助于光学之外的射电和红外波段，以及其他的星系，逐渐地认识了我们的星系。虽然我们银河系本身的黑洞（被称为Sgr. A*）离得近，但是因为遮挡的缘故，数据处理起来是更困难的，也更加费时，所以，“拍照”需要更多的时间。

而相比较银河系黑洞而言，M87黑洞有极大的优势，它的转动轴只有17度，几乎是沿着它的转轴方向去看，所以几乎没有什么遮挡，所以我们就相对比较容易地看到了M87黑洞的照片。>>详情

银河系中心黑洞的首张照片是这样做成的。（EHT合作组织提供）

这张银河系中心黑洞照片怎么拍的？

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EHT科学家Chi-kwan Chan解释道：“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。这意味着在EHT观测Sgr A*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，有点像给一只正在追逐自己尾巴的小狗拍张清晰照片。”

EHT研究团队花了五年时间，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，并提取出不同照片平均后的效果，最终得以将银河系中心这个超大质量黑洞的“真实容貌”，第一次呈现出来。>>详情

上海天文台天马望远镜是东亚VLBI观测网的重要台站。在2017年EHT全球联合多波段观测期间，天马望远镜先后17次参加对这两个黑洞的协同观测，显著提高了东亚VLBI网的观测灵敏度，在微弱信号探测方面发挥作用。上海天文台牵头组织协调国内学者参与此次银河系中心黑洞EHT项目合作。>>详情

上海天文台天马望远镜。新华社记者张建松摄

比较这两张黑洞照片，有哪些不同？

科学家对最终获得两个不同大小黑洞的照片尤其兴奋，这为他们的对照研究提供了条件。他们已经开始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。

上海天文台副研究员江悟说：“尽管银河系中心黑洞比M87黑洞小了1500多倍，也轻了1500多倍，但这两种不同类型星系的黑洞看起来很相似。尤其是当我们聚焦在这些黑洞的边缘时，看起来更是神奇地相似。这告诉我们，靠近黑洞的物体完全受广义相对论支配，我们在远处所看到的不同表象，是由黑洞周围物质的差异所造成。”

上海天文台研究员路如森说：“通过分析这两张黑洞照片，我们惊叹于环的大小与爱因斯坦广义相对论预测结果，出奇地一致。这些前所未有的观测，极大地提升了我们对银河系中心的认识，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。”>>详情

更遥远星系M87中央黑洞M87*（左）与银河系中心黑洞人马座A*（右）的照片对比，图片均来自EHT合作组

该黑洞的质量为太阳的430万倍

人马座A*是位于银河系中心一个非常光亮及致密的射电波源，它很有可能是离我们最近的超大质量黑洞的所在，因此也被认为是研究黑洞的最佳目标。

德国马克斯·普朗克地外物理研究所（MPE）的莱因哈德·根泽尔主任带领的团队对围绕人马座A*运行的恒星进行了长达30年的研究。新的观测结果与该团队之前的数据相结合，证实了恒星的运行路径，这与广义相对论所预测的绕着一个质量为太阳430万倍的黑洞运行的物体的路径完全一致。这是迄今为止对银河系中心黑洞质量最精确的估计。研究人员还设法微调了到人马座A*的距离，发现它距离我们2.7万光年。

根泽尔解释说：“在人马座A*附近轨道上跟踪恒星使我们能够精确探测离地球最近的大质量黑洞周围的引力场，以测试广义相对论，并确定黑洞的性质。”>>详情

德国科学家莱因哈德·根泽尔（Reinhard Genzel）（中）和美国科学家安德里亚·盖兹（Andrea Ghez）（右）

知识链接：银河系中心黑洞研究曾获诺贝尔奖

2020年诺贝尔物理学奖的一半颁发给上文提到的德国科学家莱因哈德·根泽尔（Reinhard Genzel），和美国科学家安德里亚·盖兹（Andrea Ghez）。

上世纪90年代初，莱因哈德·根泽尔和安德里亚·盖兹就分别领着一个科研团队专注于银河系中心的研究。30余年来，两位科学家一直致力于银河系中心黑洞周围星体运动的观测，他们观测到离黑洞比较近的星体，以一个准开普勒轨道旋转，就像我们地球围绕太阳转一样。这个旋转轨道表明，银河系中心一定有一个大约400万个太阳质量的黑洞存在，这是一个非常精准的测量，测量的难度非常大。

“他们利用世界上最先进的天文望远镜进行银河系中心进行观测，得到的证据大家都非常信服。我几乎在我每一个关于黑洞的科普报告里面，都用他们的结果来说明黑洞的存在。”中国科学院高能物理研究所研究员张双南说。

在学术会议上，我国科学家经常可以见到莱因哈德·根泽尔和安德里亚·盖兹。“让人敬佩的是，他们几十年如一日地坚持做一件事情，他们为了证明银河系中心存在黑洞，花费了几十年的时间，这是非常不容易的。”中国科学院国家天文台研究员陆由俊感慨道。>>详情