這就是黑洞的樣子。
一個覆蓋世界的望遠鏡網路稱為事件視界望遠鏡放大了 M87 星系中的超大質量怪物，創造了這張有史以來第一張黑洞照片。
「我們看到了我們認為看不到的東西。我們已經看到並拍攝了黑洞的照片，」EHT 主任、馬薩諸塞州劍橋哈佛-史密森天文物理中心的天文物理學家Sheperd Doeleman 於4 月10 日在華盛頓特區舉行的七場新聞發布會之一中說道。研究結果也發表在《自然》雜誌的六篇論文中天文物理學期刊通訊。
美國國家科學基金會主任弗朗斯·科爾多瓦在華盛頓特區的新聞發布會上說：“我們研究黑洞已經很長時間了，有時很容易忘記我們沒有人真正見過黑洞。”她說，看到一個「是一項艱鉅的任務」。
這是因為黑洞是出了名的難以看見。它們的引力是如此之大，以至於任何東西，甚至光，都無法逃脫黑洞邊緣的邊界，即事件視界。但有些黑洞，尤其是位於星系中心的超大質量黑洞，因貪婪地吸積明亮的氣體盤和其他物質而引人注目。 EHT 影像揭示了 M87 黑洞在其吸積盤上的陰影。它看起來像一個模糊的、不對稱的環，首次揭示了宇宙最神秘物體之一的黑暗深淵。
「這是一種積累，」多爾曼說。 “這真是令人驚訝和驚奇……知道你發現了我們無法進入的宇宙的一部分。”
耶魯大學天文物理學家普里亞姆瓦達·納塔拉揚 (Priyamvada Natarajan) 表示，備受期待的圖像大揭秘“確實不負眾望”，他並未加入 EHT 團隊。 “這確實讓我們清楚地認識到，在這個特定的時期，我們作為一個物種是多麼幸運，擁有人類理解宇宙的能力，能夠建立所有的科學和技術來實現這一目標。” （SN 線上：2019 年 4 月 10 日）
該圖像與基於愛因斯坦廣義相對論的黑洞外觀預期相符，該理論預測了黑洞的極端質量如何扭曲時空。這張照片是「支持黑洞存在的另一個強而有力的證據。當然，這有助於驗證廣義相對論。 “能夠真正看到這個影子並檢測到它是巨大的第一步。”
早期的研究透過觀察廣義相對論來測試恆星的運動（SN：2018 年 8 月 18 日，第 14 頁12） 或者氣體雲（SN：2018 年 11 月 24 日，第 14 頁16）靠近黑洞，但絕不在其邊緣。 「這已經是最好的了，」威爾說。如果你再靠近一點，你就會進入黑洞——無法報告任何實驗的結果。
「黑洞環境很可能是廣義相對論失效的地方，」EHT 團隊成員、圖森亞利桑那大學天文物理學家 Feryal Özel 說。因此，在這種極端條件下測試廣義相對論可能會揭示與愛因斯坦預測的偏差。
她說，僅僅因為這第一幅圖像支持廣義相對論「並不意味著廣義相對論完全正確」。許多物理學家認為廣義相對論不會是重力的最終定論，因為它與另一個基本物理理論量子力學不相容，量子力學在非常小的尺度上描述物理學。
該圖像還提供了對黑洞大小和重量的新測量。阿姆斯特丹大學理論天體物理學家塞拉·馬爾科夫在華盛頓特區的新聞發布會上表示：“我們通過直接觀察陰影做出的大規模決定幫助解決了長期存在的爭議。”使用不同技術做出的估計範圍為太陽質量的 35 億至 72.2 億倍。但新的 EHT 測量顯示，它的質量約為 65 億太陽質量。
該團隊還確定了這個龐然大物的大小——其直徑長達 380 億公里——並且黑洞順時針旋轉。 「即使按照超大質量黑洞的標準，M87 也是一個怪物，」馬科夫說。
EHT 將目光瞄準了 M87 黑洞和銀河系中心的超大質量黑洞人馬座 A*。但事實證明，更容易想像 M87 的怪物。該黑洞位於處女座，距離地球 5500 萬光年，約為人馬座 A* 的 2000 倍。但它的質量大約是銀河系巨星的 1000 倍，銀河系巨星的重量相當於約 400 萬個太陽。額外的重量幾乎平衡了 M87 的距離。 「天空中的大小非常相似，」EHT 團隊成員 Feryal Özel 說道。
由於其引力作用，M87 黑洞周圍旋轉的氣體的移動和亮度變化比銀河系周圍的氣體慢。 「在一次觀測中，Sgr A* 不會靜止不動，而 M87 卻會靜止不動，」位於圖森的亞利桑那大學的天文物理學家 Özel 說道。 「僅僅基於‘黑洞是否靜止不動並為我擺姿勢？’從角度來看，我們知道 M87 會更合作。
經過更多的數據分析，團隊希望解開一些有關黑洞的長期謎團，例如 M87 這個龐然大物如何將明亮的帶電粒子噴射到數千光年之外的太空中。
哈佛大學天文物理學家阿維·勒布（Avi Loeb）並未加入 EHT 團隊，他表示，這第一張圖像就像美國獨立戰爭拉開序幕的「全世界都能聽到的槍聲」。 「這非常重要；它讓我們看到了未來可能會發生什麼，但它並沒有給我們我們想要的所有信息。
人們對於一睹萬眾矚目的 A* 士官的希望仍然很高。 EHT 團隊能夠收集有關銀河系龐然大物的一些數據，並繼續分析這些數據，希望將其圖像添加到新的黑洞肖像畫廊中。
由於黑洞的外觀變化如此之快，團隊必須開發新技術來分析數據。 「我們非常高興能在 Sgr A* 上開展工作，」位於圖森的亞利桑那大學天體物理學家 Daniel Marrone 在華盛頓特區的新聞發布會上說道。 「我們很快就會這麼做。我們不承諾任何事情，但我們希望很快就能實現。
勒布說，研究這種不同的環境可以揭示黑洞行為的更多細節。 “銀河系與 M87 是一個非常不同的星系。”
下一次對 M87 和銀河系龐然大物的觀察還需要等待。
2017 年，科學家們幸運地在事件視界望遠鏡的所有八個地點都遇到了好天氣。
好消息是，到 2020 年，將會有更多的天文台可以合作。這格陵蘭望遠鏡於 2018 年加入該聯盟，基特峰國家天文台亞利桑那州圖森市外，以及北方擴展毫米波陣列位於法國阿爾卑斯山的NOEMA（NOEMA）將於2020年加入EHT。
增加更多望遠鏡可以讓團隊擴展影像，更好地捕捉從黑洞噴出的噴流。研究人員還計劃使用頻率稍高的光線進行觀察，這可以進一步銳化影像。更大的計劃即將到來：“統治世界對我們來說還不夠，我們還需要努力。”我們也想去太空，」多爾曼說。
這些額外的眼睛可能正是讓黑洞變得更清晰所需要的。
特約撰稿人瑪麗亞·特明對這個故事做出了貢獻。
