黑洞，“看到”你不容易！

◎文 苟利军 黄月

小编的话：还记得人类第一张黑洞照片什么样吗？对了，就是那个“甜甜圈”模样的图片啦！科学家“看到”它可是太不容易了，下面就让我们结合几个问题来继续了解黑洞的奥秘吧！

一、关于黑洞的研究历时已久，4年前引力波已经让我们“听”到了来自黑洞合并的声音，为什么直到今天我们才“看”到黑洞的照片？

简单地说，是因为黑洞区域实在太小了—之前望远镜的角分辨率或者放大倍数不够大。直到最近，我们才真正具有了能够看到黑洞附近区域的能力。

其实，早在2017年进行全球联网观测之前，全球很多科学家已经为此努力了10多年的时间，并且利用8个望远镜阵列当中的几个进行了联网尝试，探测了银河系黑洞附近的区域。结果，确实在亚毫米波段探测到了周围的一些辐射，这给了团队很大的信心。

在此之前，尽管科学家们已经掌握了很多证明黑洞确实存在的电磁观测数据，但是这些证据都是间接的—少数科学家会提出一些怪异的理论来证明黑洞的存在，因为我们并没有直接观测到黑洞的模样。

2016年探测到的双黑洞合并产生的引力波，使人们愈加相信黑洞的存在。但引力波是类似于声波的“听”的方式，而电磁是一种“看”的方式，对于更倾向于“眼见为实”“有图有真相”的人类而言，以直观的电磁方式探测到黑洞还是非常让人期待的。所以，在2016年初引力波被直接探测到之后，视界面望远镜并没有放弃观测，反而以全球联网的方式，把这一探测技术推向了极致。

二、“黑洞照相馆”可以给所有黑洞拍照片吗？

科学家之前探测黑洞，是通过探测黑洞周围的吸积盘或者黑洞喷流产生的辐射，来间接地探测黑洞的存在。

从理论上来讲，任何能够产生辐射的黑洞都是适合拍照的，但受技术限制，我们只能选择拍摄那些看起来非常大的黑洞，这样才有可能看到黑洞周围的一些细节。

视界面望远镜此次观测其实选定了两个目标：一个是我们银河系中心的超大质量黑洞，质量为450万倍的太阳质量，距离地球2.6万光年；另外一个是位于M87星系中心的黑洞，其质量为65亿倍的太阳质量，距离地球5300万光年。

黑洞半径通常以史瓦西半径来描述，与黑洞质量成唯一正比关系。如果我们将视界大小定义为黑洞直径和黑洞距离的比值，那么我们就可以知道，银河系中心黑洞的视界大小约为M87中心黑洞视界大小的1.4倍。这是我们知道的最大的两个黑洞，而那些质量只有几十个太阳质量的恒星级黑洞，尽管距离相对比较近，但是由于其质量过小，视界更小，就更难被我们的望远镜看到了。

三、既然银河系中心的超大质量黑洞这么大、距离这么近，为什么这一次只发布了更为遥远的M87的照片，而没有银河系中心黑洞的照片呢？

M87中心黑洞附近气体活动比较剧烈，我们之前已经观测到了它所产生的强烈喷流，相比之下，银河系黑洞的活动不那么剧烈。

另外一个很重要的原因是，我们的太阳系处在银河系的银盘上。在我们试图利用视界面望远镜探测来自黑洞周围的辐射或光子的时候，这些光子会受到传播路径上星际气体的影响—气体会散射这些光子，将观测结果模糊化。

而M87是一个包含气体很少的椭圆星系，受到的气体干扰相对少很多，科学家们可以比较顺利地进行观测。我们在大气层之内观测天体时也会有类似情况，由于大气扰动的缘故，望远镜的分辨率有时很难达到理想状况。消除星际气体散射的效应是科学家接下来需要克服的一个重要难题。

四、中国科学家在“黑洞照相馆”中发挥了什么作用？全球科学家是如何打配合作战的？

中国大陆的望远镜并没有直接参与到视界面望远镜的观测当中，最直接的一个原因在于，中国大陆两个建好的亚毫米波望远镜（一个是位于青海德林哈的13.7米望远镜，另一个是位于西藏的CCOSMA望远镜）不具备VLBI联网功能。但即使它们可以实现联网，同步观测也无法实现，因为我们的两个望远镜正好位于灵敏度非常高的ALMA阵列的背面位置。

广为人知的中国FAST天眼望远镜也没有机会参与到视界面望远镜的观测行列。首先，其工作波段不同；其次，亚毫米波光子很容易被大气中的水蒸气所吸收，所以视界面望远镜都位于海拔比较高而且干燥的地方，比如ALMA望远镜就位于海拔5000多米的阿塔卡马沙漠当中。

但是，位于夏威夷的麦克斯韦望远镜（JCMT）是EHT联合观测网络节点之一，中国科研机构进行了参与，为视界面望远镜提供了必不可少的观测保障。

此外，部分中国科学家也参与了后期的数据分析和讨论，为世界上第一张黑洞照片做出了贡献。