編按：4月10日，事件視界望遠鏡合作組織發布了一張位於M87星系中心的超大質量黑洞的照片。在這裡閱讀完整的故事。
我們即將看到黑洞的第一個特寫。
這事件視界望遠鏡是一個由遍布全球的八個射電天文台組成的網絡，它把目光投向了一對龐然大物：銀河系中心的超大質量黑洞人馬座 A*，以及銀河系中 5350 萬光年之外的一個更大的黑洞。 （SN 線上：2017 年 4 月 5 日）。
2017年4月，天文台聯手觀測黑洞事件視界，這個邊界之外的引力非常極端，甚至連光也無法逃脫（SN：2014 年 5 月 31 日，第 14 頁 16）。 經過近兩年的數據渲染後，科學家正準備在四月發布第一批圖像。
以下是科學家希望這些圖像能夠告訴我們的訊息。
黑洞到底是什麼樣子？
黑洞名副其實：巨大的引力獸在電磁波譜的任何部分都不發射光，因此它們本身看起來並不多。
但天文學家知道這些物體的存在是因為黑洞的隨行人員。 當黑洞的引力吸引氣體和塵埃時，物質會沉入軌道盤中，原子以極快的速度相互碰撞。 所有這些活動都會將物質加熱到白熱狀態，從而發出 X 射線和其他高能量輻射。 這最貪婪地餵食黑洞宇宙中的圓盤比其星系中的所有恆星都更耀眼（SN 線上：2018 年 3 月 16 日）。
EHT 拍攝的銀河係人馬座 A*（也稱為 SgrA*）影像預計將捕捉到黑洞在其伴隨的明亮物質盤上的陰影。 電腦模擬和重力物理定律讓天文學家對接下來的情況有了很好的了解。 由於黑洞附近存在強烈的引力，圓盤的光線會在事件視界周圍呈現環形扭曲，因此即使是黑洞後面的物質也會是可見的。
而且影像可能看起來不對稱：重力會將來自圓盤內部的光線比外部更強烈地彎曲到地球，從而使不平衡環的一側顯得更亮。
廣義相對論在黑洞附近成立嗎？
環的確切形狀可能有助於打破理論物理學中最令人沮喪的僵局之一。
物理學的兩大支柱是愛因斯坦的廣義相對論和量子力學，前者控制著黑洞等質量大、引力豐富的物體，後者控制著亞原子粒子的奇怪世界。 每個都精確地在自己的領域內工作。 但他們不能一起工作。
「廣義相對論和量子力學是互不相容的，」圖森亞利桑那大學的物理學家莉亞·梅代羅斯 (Lia Medeiros) 說。 「岩石，艱難的地方。 必須付出一些東西。 如果廣義相對論在黑洞邊界發生彎曲，它可能會為理論學家指明前進的方向。
由於黑洞是宇宙中最極端的引力環境，因此它們是碰撞測試重力理論的最佳環境。 這就像把理論扔到牆上，看看它們是否——或者如何——被打破。 如果廣義相對論確實成立，科學家預期黑洞將有一個特殊的陰影，從而形成環形； 如果愛因斯坦的引力理論崩潰，就會出現不同的影子。
Medeiros 和她的同事對 12,000 個不同的黑洞陰影進行了電腦模擬，這些陰影可能與愛因斯坦的預測不同。 「如果有什麼不同的話，[引力的替代理論]只是得到了一份聖誕禮物，」梅代羅斯說，他給出了模擬結果一月在西雅圖舉行的美國天文學會會議。 即使與廣義相對論的輕微偏差也可能產生足夠不同的陰影供 EHT 探測，從而使天文學家能夠量化他們所看到的與他們期望的有多大差異。
銀河系黑洞周圍是否有被稱為脈衝星的恆星屍體？
測試黑洞周圍廣義相對論的另一種方法是觀察恆星如何在黑洞周圍傾斜。 當光線逃離黑洞附近的極端重力時，它的波會被拉伸，使光看起來更紅。 這個過程被稱為引力紅移，是廣義相對論所預言的，並且是去年在 SgrA* 附近觀測到（SN：2018 年 8 月 18 日，第 14 頁 12）。 到目前為止，對愛因斯坦來說一切順利。
進行相同測試的更好方法是使用脈衝星，一顆快速旋轉的恆星屍體，以規律的節奏用一束輻射掃過天空，使其看起來在脈動（SN：2018 年 3 月 17 日，第 14 頁 4）。 重力紅移會擾亂脈衝星的節拍節奏，從而有可能對廣義相對論進行更精確的測試。
弗吉尼亞州夏洛茨維爾國家射電天文台的天文學家斯科特·蘭塞姆(Scott Ransom) 表示，「總的來說，大多數嘗試進行SgrA* 科學研究的人的夢想是嘗試找到一顆或多顆繞黑洞運行的脈衝星。
儘管進行了仔細的搜索，但尚未發現距離 SgrA* 足夠近的脈衝星，部分原因是銀河系中心的氣體和塵埃會散射它們的光束，使它們難以被發現。 但 EHT 正在對這個中心的無線電波長進行最好的觀察，因此蘭塞姆和同事希望它能發現一些。
「這是一次釣魚探險，捕獲巨無霸魚的機會非常小，」蘭塞姆說。 “但如果我們這麼做了，那就完全值得了。”
有些黑洞是如何產生噴流的？
有些黑洞是貪婪的貪食者，吸入大量氣體和塵埃，而有些黑洞則是挑食。 沒有人知道為什麼。 SgrA* 似乎是最挑剔的恆星之一，儘管它的質量有 400 萬太陽質量，但它的吸積盤卻出奇地暗淡。 EHT 的另一個目標是 M87 星系中的黑洞，它是一個貪婪的吞噬者，重量約為 35 億至 72.2 億太陽質量。 它不僅聚集了一個明亮的吸積盤。 它還發射出明亮、快速的帶電亞原子粒子噴流，綿延約 5,000 光年。
德國波昂馬克斯·普朗克射電天文研究所的天體物理學家托馬斯·克里奇鮑姆說：“認為黑洞會溢出一些東西有點違反直覺。” “通常人們認為它只會吞下一些東西。”
許多其他黑洞產生的噴流比整個星系更長更寬，可以從黑洞延伸數十億光年。 “自然會出現這樣的問題：是什麼力量如此強大，能夠將這些噴氣機發射到如此遠的距離？” 克里奇鮑姆說。 “現在有了 EHT，我們可以第一次追蹤正在發生的事情。”
EHT 對 M87 黑洞的測量將有助於估計其磁場強度，天文學家認為這與噴射發射機制有關。 當噴流靠近黑洞時對其特性進行測量將有助於確定噴流的起源位置——在吸積盤的最裡面、在吸積盤中更遠的地方還是距離黑洞本身。 這些觀察結果也可能揭示噴射流是由黑洞本身的某些東西發射的還是由吸積盤中快速流動的物質所發射的。
由於噴流可以將物質帶出銀河系中心並進入星系之間的區域，因此它們可以影響星系的生長與演化，甚至是恆星和行星形成的地方（SN：2018 年 7 月 21 日，第 14 頁 16）。
「了解星系的演化非常重要，從黑洞的早期形成到恆星的形成，再到生命的形成，」克里奇鮑姆說。 「這是一個非常非常大的故事。 我們對黑洞噴流的研究只是為更大的謎團做出一點貢獻。
編按：本文於2019年4月1日更新，修正了M87黑洞的質量； 整個星系的質量為2.4兆個太陽質量，但黑洞本身的重量為數十億太陽質量。 此外，黑洞模擬是支持愛因斯坦廣義相對論的一個例子，而不是偏離它的一個例子。
