吃瓜要有文化|第一张黑洞照片今晚公布,预习资料在这里

(原标题:吃瓜要有文化|第一张黑洞照片今晚公布，预习资料在这里)

人类历史上第一张黑洞照片今晚公布。北京时间4月10日21时，世界六地(比利时布鲁塞尔、智利圣地亚哥、中国上海、台北、日本东京、华盛顿)将联合召开新闻发布会，宣布这一重大科学成果。

届时，澎湃新闻发布会将在上海天文台新闻发布会上带来快递。读者们正在搬小板凳等待“吃瓜”同时，不妨快速预览一下与这个黑洞研究相关的背景资料。

电影星际穿越中的黑洞，周围的亮环是由气体组成的吸积盘(图片来源:电影《星际穿越》)

问：什么是黑洞？

答：根据爱因斯坦引力场方程的计算，如果大量物质集中在空间中，奇点周围会形成时空扭曲“视界”，一旦进入界面，连光子都逃不掉。

1916年提出了这一预测，但普林斯顿大学核物理学家约翰·惠勒直到1967年才在讲座中首次使用“黑洞”（black hole）这个词，并迅速传播。

问:既然看不见，怎么拍黑洞照？

答:虽然科学家看不到黑洞的本体，但可以追溯到光子消失“视界”，这是我们能“看到”的极限。

黑洞周围确实有一些发光的现象。例如，当黑洞吃掉周围的恒星时，它会撕裂恒星的气体，形成一个旋转的吸积盘。黑洞有时会“打嗝”，部分吸积气体会沿旋转方向喷射，形成喷流。

由于气体摩擦和其他频段的辐射，吸积盘和喷流会产生明亮的光。

问：怎样找黑洞？

答:科学家可以间接感受到黑洞对周围天体的影响，尤其是它巨大引力造成的时空扭曲，就像地球的质量可以间接通过月绕道和速度间接推测一样。

其次，上面提到的吸积盘和喷流会随着其他频段的辐射而发光。

最后，黑洞与其他天体或另一个黑洞的相互作用会产生大量的引力波，这也是可探测的线索。

问:有没有确认存在的黑洞？

A:是的。人类检测到的第一个引力波信号是由双黑洞产生的。

1964年发现的天鹅座是人类发现的第一个强大的黑洞候选天体X-距地球约6000光年。天鹅座X-一个正在被它吃掉的人“舞伴”，然而，伴星的质量比它本身更大，引起了广泛的争议。它的身份已经悬而不决了很长一段时间，霍金已经赌博（输了）。科学家们后来测量了天鹅座X-1的质量约为14.8个太阳，视觉半径300公里，应该是一个“胃口”黑洞很小。

目前，科学家们更关注的黑洞候选系统是软X射线瞬变源。这种系统包含一个小质量的舞伴，通常是安静的，但间歇性的X射线爆发，从几个月到几十年不等。间歇性爆发是探测黑洞的好时机。

根据理论计算，银河系中应该有数千万个恒星量级黑洞，现在只有20多个被证实。

问:这次拍了哪张黑洞的照片？

答：两个超大质量的黑洞。一个是银河系中心的黑洞Sgr A*，室女座M87星系中心。选择这两个目标的原因不是银河系中更近的恒星黑洞，因为它们的视野足够大。

长期以来，科学家们发现数千亿颗恒星围绕银河系中心旋转，推测那里有一个超大质量的天体。根据计算，Sgr A*质量约为400万太阳，视界半径约为2400万公里。听起来足够大，但鉴于银河系中心的黑洞远远超过2.5万光年（约24亿公里），实际效果相当于观察月球上的橙子，或者在北京看到上海高尔夫球上的一个小坑。

M87中心的超大质量黑洞太阳质量达到66亿倍，视野约为冥王星轨道的三倍。当然，因为距离更远，M地球上87中心黑洞的实际效果Sgr A*可能差别不大。

问:分辨率这么高的照片怎么拍？

答：全球望远镜形成阵列，联合观察，形成有效直径等于地球直径的大望远镜。这种虚拟大望远镜被称为“事件视觉望远镜”（EHT），由8台望远镜组成。南极望远镜（South Pole Telescope）；智利阿塔卡马大毫米波阵(Atacama Large Millimeter Array，ALMA）；阿塔卡马探路者在智利实验望远镜（Atacama Pathfinder Experiment）；墨西哥的大型毫米波望远镜（Large Millimeter Telescope）；亚利桑那州位于美国亚利桑那州（Submillimeter Telescope）；麦克斯韦望远镜位于夏威夷（James Clerk Maxwell Telescope，JCMT）；亚毫米波望远镜位于夏威夷（Submillimeter Array）；30米毫米波望远镜位于西班牙毫米波射电天文研究所。2017年4月，他们联合观察了两个黑洞目标。

自2018年以来，格陵兰岛望远镜位于法国IRAM NOEMA位于美国的天文台和基特峰国家天文台加入了后续的研究和校准。

世界上有60多家研究机构参与了研究，包括中国科学院下属的上海天文台、云南天文台等机构，以及华中科技大学、南京大学、中山大学、北京大学、中国科学院大学、台湾大学等大学。这就是为什么中国上海和台北联合举办新闻发布会。

问:为什么2017年拍的照片现在才公布？

答:黑洞照片“拍”起来难，“洗”也很难出来。虚拟大望远镜阵列不是直接拍摄黑洞图像，而是给出大量数据，必须经过复杂的计算机处理过程。还有一些缺失或模糊的部分需要科学家拼图。

此外，经过2017年4月的联合观察，研究小组还进行了一些数据收集和校准。