银河系中心黑洞的第一张照片公开！离我们更近，400万个太阳的重量

2022 年 5 月 12 日晚上 9 点，参与“视界望远镜”项目的科学家召开全球新闻发布会，宣布他们直接拍摄了银河系中心超大质量黑洞的照片。这个位于银河系中心的大黑洞距离我们约 2.60,000 光年，其质量相当于约 400 万个太阳。

对于黑洞照片，公众应该不会太陌生。早在 2019 年 4 月 10 日，天文学家就公布了一张位于 5500 万光年外的 M87 星系中心黑洞的照片。事实上，今天发布的银河系中心黑洞照片与三年前发布的M87黑洞照片是同时拍摄的。不过，由于拍摄银河系中心黑洞获得的数据比较难处理，直到今天才对外公布。

为什么要拍摄不发光的黑洞？

黑洞最令人印象深刻的是它吞噬一切，甚至光。如果它是一个孤立的黑洞，我们真的无法拍摄它。但通常情况下，黑洞周围有物质，形成一个盘状结构黑洞的形成，称为“吸积盘”。吸积盘中的物质围绕黑洞高速旋转，相互摩擦发出炽热的光芒，包括从无线电波到可见光到X射线的连续辐射。

吸积盘位于黑洞的“事件视界”之外，因此发射的辐射可以逃逸并在很远的地方被探测到。因此，我们拍摄的不是黑洞本身，而是黑洞边界上物质发射的辐射勾勒出的黑洞轮廓，有点像看皮影戏。

为什么我们银河系的黑洞更难拍？

注意：银河系的中心被一层厚厚的尘埃遮住了。

“如果你不知道庐山的真面目，你只需要在这座山里。”这首古诗可以回答这个问题。因为银河系就像一块平板，我们的太阳系位于板块的边缘，朝着银河系的中心看去，望远镜的视线会被大量的气体和尘埃所遮挡。另一方面，银河系中心的黑洞比M87黑洞质量小得多，而且周围物质变化更快，这使得拍摄难度更大。比如在我们的生活中，如果我们给一个运动的物体拍照，很容易造成拖尾现象，有时候看起来很浪漫，但对黑洞的拍照并不友好。

注意：延时摄影捕捉到的流光溢彩效果。

什么是黑洞的“事件视界”？什么是“视界望远镜”？

简单来说，黑洞的视界是指黑洞周围的时空边界。一旦任何物质甚至光越过这个边界，它就永远不会回来。

所谓的“视界望远镜”不是望远镜，而是分布在世界各地的8毫米/亚毫米波射电望远镜。这些望远镜组成了一个虚拟望远镜，其孔径接近整个地球。

事件视界望远镜的工作原理是什么？

地球大小的虚拟望远镜使用一种称为超长基线干涉测量 (VLBI) 的技术。它允许多台天文望远镜同时观测一个天体，模拟一个巨型望远镜的观测效果，其大小相当于望远镜之间的最大间隔距离。

注意：分布在世界各地的八台毫米波和亚毫米波射电望远镜虚拟化了一个地球大小的“事件视界望远镜”。

超长基线干涉观测的分辨率是任何其他望远镜都无法比拟的。在天文研究中，观测主题集中在银河系和河外星系中的射电喷流、黑洞、射电源演化和微波脉冲。泽源、引力透镜、超新星遗迹、近处和远处的星暴星系、微弱的射电源特性以及活动星系核中的中性氢吸收。超长基线干涉测量不仅在天体物理学中，而且在天体测量、天体测量等领域都有广泛的应用。

为什么要使用射电望远镜拍摄黑洞照片？可见光不起作用？

我们知道，人眼能看到的光称为可见光，它是电磁波谱的一部分，频率范围为 430 THz 至 750 THz，对应波长范围为 400 纳米至 700 纳米。

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射电望远镜是使用无线电波进行观测的望远镜。无线电波也是电磁频谱的一部分，频率范围从高频的 300 GHz 到低频的 30 Hz，相应的波长范围从 1 毫米到 10,000 公里。在自然界中黑洞的形成，无线电波从闪电发射到宇宙物体。因为星系中心的黑洞被厚厚的星际尘埃和气体挡住了，所以光学波长的望远镜无能为力，只能使用射电波长。毫米波已经是射电望远镜使用波长的下限，在电磁波谱上已经接近红外线。

望远镜的分辨率主要取决于两个参数，一是使用的波长，二是光圈的大小：对于一定的光圈，波长越短，分辨率越高；对于一定的波长，孔径越大，分辨率越高。为了能够观察黑洞视界上物质的行为，事件视界望远镜将射电望远镜的分辨率提高到了前所未有的高度，达到了 10 到 20 微弧秒的水平！这相当于在 4000 公里外看到一枚硬币的发行日期。相比之下，人眼的分辨率约为1角秒，哈勃望远镜的分辨率为0.05角秒，这意味着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黑洞和M87星系中心黑洞作为研究对象？

据悉，在银河系中，人类已经发现了 20 多个恒星质量的黑洞，距离我们 3400 多光年，但为什么不选择这些相对近的黑洞进行观测，而不是选择这些黑洞呢？ 26000光年外的银河系中心的黑洞和5500万光年外的M87星系中心的黑洞？这是因为这些恒星黑洞的质量太小，直径也比较小，所以从地球上看，张角没有更远的超大质量黑洞那么大。

银河系中心黑洞的质量相当于太阳质量的400万倍，事件视界直径约2400万公里，相当于17个太阳连在一起。黑洞虽然巨大，但距离地球很远。银河系中心的黑洞距离地球约26,000光年。这么远的距离，巨大的黑洞也是一个点状物体，所以要求望远镜有异常的分辨率。

“视界望远镜”项目节点成果盘点

注：2019年人类拍摄的第一张黑洞照片。

2019 年 4 月 10 日，天文学家公布了 M87 星系中心黑洞的首张照片。

注：M87星系中心黑洞在偏振光下的图像。

2021 年 3 月 24 日，天文学家揭示了 M87 星系中心黑洞在偏振光下的图像。

2021 年 4 月 24 日，天文学家对事件视界望远镜的观测数据公开发布。这些数据将极大地加深对黑洞中心引擎及其系统的认识，完善对爱因斯坦广义相对论的检验。

银河系中心的超大质量黑洞与诺贝尔奖

2020 年诺贝尔物理学奖授予罗杰·彭罗斯和莱因哈德·根泽尔（Reinhard Genzel 和 Andrea Ghez，以表彰他们“发现黑洞的形成是对广义相对论的可靠预测”和“发现了超大质量致密物质位于我们银河系中心的物体”。

注意：银河系中心恒星围绕“中心天体”旋转的情况！由于中央天体的质量非常大，体积非常小，因此推断这个天体一定是一个黑洞。

这个措辞很有趣。当时，由于银河系中心的黑洞还没有被直接观测到，是通过黑洞周围恒星的运动行为间接推断出来的。因此，为了安全起见，诺贝尔奖委员会并没有直接提及黑洞。使用了模糊的术语“超大质量致密天体”。 （文/星空）