首张银河系中心黑洞照片公布

5月12日21：07，在包括上海在内的全球各地同时召开的新闻发布会上，天文学家向人们展示了位于我们银河系中心的超大质量黑洞的首张照片！

这张照片由事件视界望远镜（EHT）合作组织这个国际研究团队，通过分布在全球的射电望远镜组网“拍摄”而成。

银河系中心黑洞的直接成像是一项突破性的天文观测成果。再加上2019年公布的巨椭圆星系M87中心的黑洞（M87*）照片，科学家们对获得了两个大小非常不同的黑洞图像非常兴奋。这张宝贵的照片为我们提出了更多的问题，等待我们去探索和发现。

2019年4月10日，科研人员发布了首张人类捕获的黑洞照片，这是我们唯一一次清楚看到黑洞的样子。而自从看到这张黑洞照片（M87*），人们对于自己的银河系中心黑洞的照片一直铭记心中。

很多人看到这张照片都觉得它像一个“甜甜圈”，那么这个“甜甜圈”真实的物理尺寸有多大呢？有1000亿千米！但是因为照片中的这个黑洞距离我们有5500万光年，因此看起来尺寸非常小，只有41微角秒。

这个大小相当于把量角器上的一度分成一亿份，那一亿分之一度就是这个“甜甜圈”的大小，可见这个黑洞非常之小。

为了拍到黑洞，全球200多位科学家组成了一个团队。将遍布全球的8套珍贵的毫米波望远镜阵列，组成了一个等效口径和地球直径差不多大的望远镜，科学家收集到黑洞的信息后，又花了近两年的时间，才得到了这张照片。

相比较银河系黑洞而言，M87黑洞有极大的优势，它的转动轴只有17度，几乎是沿着它的转轴方向去看，所以几乎没有什么遮挡，所以我们就相对比较容易地看到了M87黑洞的照片。

而银河系的超大质量黑洞位于银河系中心，是我们自己星系的超大质量黑洞。肯定有人会觉得，既然就在咱们身边，拍起来难道不是更容易吗？

实际上，正如那句诗说的，“不识庐山真面目，只缘身在此山中。”虽然我们银河系本身的黑洞（被称为Sgr. A*）离得近，但是因为遮挡的缘故，数据处理起来更困难，也更加费时，所以，“拍照”需要更多的时间。此外，银河系中心的黑洞的质量比较小，所以周围物质变化的可能性要大很多。

在很长一段时间里，直接观测黑洞困难重重。此次我们看到的银河系中心黑洞的照片，是研究团队花费了好多时间提取出不同照片，再进行平均后的效果。科学家们用超级计算机合成和分析数据，对黑洞模拟数据库与观测结果进行严格比对，才让我们第一次看到银河系中心黑洞的照片。

不过，等待也让这张照片的发布更加激动人心，因为这是我们自己银河系中心的黑洞照片！这也是EHT合作组织继2019年发布人类第一张黑洞照片，捕获了位于更遥远星系M87中央黑洞（M87*）之后的又一重大突破。

众所周知， M87几乎是处于转轴的方向，而我们是处于银盘之上，所以与M87相比较来说，银心黑洞（银河系中心黑洞）在成像时会受到很多的遮挡。比如，在光学波段去观察银河系时，我们会看到很大的尘埃等气体的遮挡，这个时候就必须利用波长更长的红外或射电波段。

目前成熟的是毫米波和亚毫米波波段，也就是事件视界望远镜，值得一提的是，它利用全球不同的亚毫米和毫米波望远镜组成了一个阵列，口径可以达到上万公里。

星系M87中心的黑洞图像，由围绕其旋转的热气发射勾勒。

不论是黑洞的首张照片，黑洞对周围气体和恒星的影响，还是黑洞发光以及引力波等，这些直接或间接的证据都告诉我们，黑洞是存在的。

这张照片与2019年所拍摄的M87的照片非常类似，都是利用全球8个不同的毫米波望远镜，或者简称为event horizon telescope来拍摄的。

这个庞大的望远镜组合分别为：位于智利的ALMA（Atacma Large Millimeter/Submeter Array，阿卡塔玛大型毫米亚毫米阵列），位于南极的SPT（South Pole Telescope）， 美国夏威夷的SMA（Submillimeter Array），墨西哥的LMT（Large Millimeter Array，大型毫米波望远镜）， 美国夏威夷的JCMT（James Clerk Maxwell Telescope，詹姆斯·克拉克·麦克斯韦望远镜），西班牙的IRAM（IRAM 30-m telescope），智利的APEX（Atacama Pathfinder EXperiment，阿塔卡马探路者实验望远镜），美国亚利桑那州的SMT（Submillimeter Telescope）。

值得一提的是，美国夏威夷的JCMT望远镜，是中国参与运行的一个望远镜，不少中国科学家应该是在这里进行的观测。很遗憾的是，目前红外观测能够达到的最大直径是上百米，比如欧洲南方天文台的VLT/gravity，观测直径可以达到130米，但是距离公里的口径量级还是相差很大，希望我們在未来可以利用红外波段能够看到黑洞的照片。

从大小上而言，银河系中心的黑洞明显比M87的黑洞稍微小一些，但是银河系中心的黑洞的拍摄难度更大一些，这是因为，银河系中心的黑洞的质量要比M87小很多，距离要近很多，所以周围物质变化的可能性要大很多。

相比观测M87的黑洞的情况而言，原本好几天时间里的变化，现在变成了在几分钟左右内就会发生，所以观测难度更大。比如说，为了这张照片，科学家们专门开发了新的复杂工具来考虑Sgr A*的气体。

我们可以回想一下上次照片的时间：2017年开始拍摄，2019年我们就得到了M87*中心黑洞的照片。

然而，一直到5年之后，科学家们用超级计算机合成和分析数据，对黑洞模拟数据库与观测结果进行严格比对，才让我们第一次看到银河系中心黑洞的照片。

银心黑洞不足银河系的0.0005%，为什么能够束缚住数千亿颗恒星？

如果从银河系的结构来看，银河系的结构可以分为银核（包括黑洞在内）、银盘和银晕三个部分;从质量来看，银河系中心的大黑洞质量还不到银河系质量的0.0005%;而从银河系核心的角度而言，银河系黑洞仅仅是银河系核球的一部分。

那么，究竟是什么样的力量将银河系的千亿颗恒星固定在一个有限的范围之内呢？所有可见的物质是怎么聚集的呢？

其实，这个问题在上个世纪初的时候就有人提出了。

天体物理学家兹威基（Fritz Zwicky）测量了后发座星系团的恒星，结果发现了暗物质的存在。因为兹威基的性格很不受大家喜欢，所以尽管这个概念是对的，但是没有受大家重视。

一直到了1970年，年轻的鲁宾（Verin Rubin）和她的导师福特（Kent Ford）先后对仙女星系中星体旋转速度做了研究。利用高精度的光谱测量技术，他们可以探测到远离星系核区域的外围星体绕星系旋转速度和距离的关系。根据牛顿定律，如果星系的质量主要集中在星系核区的可见星体上，星系外围的星体的速度将随着距离而减小。

但观测结果表明，在相当大的范围内，星系外围的星体的速度是恒定的。这意味着，星系中可能有大量的不可见物质并不仅仅分布在星系核心区，且其质量远大于发光星体的质量总和。

现在我们已经知道，不可见物质（暗物质）的质量大约比可见质量要重10倍左右，而且几乎绝大多数星系都是如此。

这也就是前面那个问题的答案了，尽管我们银心的黑洞只是如此小的质量，但是在暗物质的帮助之下，却可以束缚住千亿颗恒星！

不论是黑洞的首张照片，黑洞对周围气体和恒星的影响，还是黑洞发光以及引力波等，这些直接或间接的证据都告诉我们，黑洞是存在的。

我们为什么要研究黑洞？“我脑海中闪过的第一个理由是好奇心，毕竟很多时候我们是因为好奇而想去做研究。但显然这个理由并不能说服大家。我们所处的银河系里就有这么一个超大质量黑洞，我们为什么不去了解它呢？这个超大质量黑洞和我们人类有什么关系？它会不会影响到我们的日常生活？”中国科学院上海天文台副研究员左文文如是说。

左文文分析，一方面，这个黑洞的质量有410万倍太阳质量那么大，它距离我们有2.6万光年。距离这么远，我们受到来自它的引力微乎其微。

另一方面，活跃的黑洞会发光，并且发的光还很强。有意思的是，银河系中间的黑洞并不活跃，它很宁静，所以它发出来的光和能量比较弱。又因为我们离它很远，所以等到来自这个黑洞的光到达地球表面的时候，强度就更弱了。况且，地球自带两大保护层，一层是大气层，一层是磁场，它们保护我们免受高能粒子、高能光子的影响。因此，银河系中心的超大质量黑洞所发出的光，对我们的影响可以忽略不计。

除了银河系中心的这个超大质量黑洞，理论上，银河系当中还应该存在上亿个恒星级质量黑洞。既然每一个大质量星系的中心都有一个超大质量黑洞，那么黑洞和它所处的星系之间有什么关系呢？

左文文表示，离我们比较近的大星系中心的一个黑洞，星系中有一個名叫核球的部分，而黑洞质量和核球质量呈正相关性。也就是说，黑洞质量越大，它所居住的星系中心的核球质量也会越大。这是不是说明，黑洞的成长和星系的成长是相关的呢？目前这个问题还是一个未解之谜，所以对黑洞的研究能够帮助我们认识星系，认识黑洞和星系的关系。除了对研究星系有很大的帮助，对研究整个宇宙的历史，黑洞的功劳同样功不可没。

虽然超大质量黑洞、恒星级质量黑洞在银河中对我们的影响非常小，但对于研究黑洞自身、黑洞与星系、黑洞与宇宙来说，黑洞的研究都是非常关键的。黑洞还有很多的秘密没有解决，这都促使我们一定要去研究黑洞。

未来的研究道路还很漫长，探索宇宙的终极奥秘才是黑洞研究的星辰大海。也许成效并不会在一朝一夕中得见，但一定值得我们期待。

◎ 来源|综合微信公众号“ 格致论道讲坛”、“科学辟谣”