北京時間2022年5月12日晚21:00，在包括上海在內的全球各地同時召開的新聞發布會上，天文學家向人們展示了來自于EHT的關于銀河系中心的一項突破性成果——首次拍攝到銀河系中心的超大質量黑洞照片！
銀河系中心黑洞的首張照片 | Event Horizon Telescope Collaboration
EHT（事件視界望遠鏡）
事件視界望遠鏡（英語：Event Horizon Telescope， EHT）是一個以觀測星系中央特大質量黑洞為主要目標的計劃。該計劃以甚長基線干涉技術（VLBI）結合世界各地的射電望遠鏡，使許多相隔數十萬公里的獨立天線能互相協調、同時觀測同一目標并記錄下數據，形成一口徑等效于地球直徑的虛擬望遠鏡，將望遠鏡的角分辨率提升至足以觀測事件視界尺度結構的程度。EHT期望借此檢驗愛因斯坦廣義相對論在黑洞附近的強重力場下是否會產生偏差、研究黑洞的吸積盤及噴流、探討事件視界存在與否，并發展基本黑洞物理學。
今天發布的黑洞照片與三年前的M87星系黑洞照片長得一樣嗎？
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M87星系中心超大質量黑洞（M87*）的圖像 | Event Horizon Telescope Collaboration
三年前發布的這張圖像的意義非同一般，它提供了黑洞存在的直接“視覺”證據，使得在強引力場下驗證愛因斯坦廣義相對論，細致研究黑洞附近的物質吸積與相對論性噴流成為可能。
其實，北京時間2021年3月24日晚，EHT向全球發布過M87黑洞的第二張寫真。中國科學院上海天文臺牽頭組織協調，包括8位臺內研究人員在內的國內學者參與了這次的EHT合作。
偏振光下超大質量黑洞M87*的圖像 | Event Horizon Telescope Collaboration
前兩次發布的時間雖然相隔了兩年，但其實它們來自于同一批成像觀測。不同之處在于，這張“照片”是通過處理偏振信號獲得的，所以我們稱之為“黑洞在偏振光下的影像”。這也是天文學家第一次在如此接近黑洞邊緣處測得表征磁場特征的偏振信息。
今天發布的這項成果有著怎樣重大意義？
這一成果給出了該天體就是黑洞的實證，為理解這種被認為居于大多數星系中心的“巨獸”的行為提供了寶貴的線索。
這意味著人類在觀測設備、觀測技巧、數據處理能力等多方面有了一次系統化的飛躍。同時，這次發布的觀測成果進一步提升了對愛因斯坦廣義相對論的檢驗。也就是說，我們對“時空如何彎曲，物質如何運動”的了解又能夠更進一步了。
早在1931年，央斯基就收到了來自銀心方向的無線電信號，1974年天文學家布魯斯·巴里克（Bruce Balick）和羅伯特·布朗（Robert Brown）最先使用長基線干涉的方式確認了銀河系中心的射電源，布朗在后來1982年的一篇論文中給了它一個編號Sgr A*（人馬座A*）。
為什么時隔三年才發布？
超長的“印照片”時間主要是由于要做復雜的“后期處理”以及進行“補拍”。
EHT拍攝 Sgr A* 的工作在2017年4月正式開始。這項拍攝任務需要為所有參與的觀測站湊出聯合觀測的時間，全年不過10天。雖然，大家基本上都按計劃完成了觀測任務，但是接下去面對的就是海量數據。
2017年4月份參加EHT觀測的8個VLBI臺站，實線連接的為觀測M87的5個地點（7個臺站；由于位置限制，位于南極的SPT望遠鏡無法觀測到M87），虛線連接的為觀測一個校準源（3C279）的臺站。| 上海天文臺
為了增加探測靈敏度，EHT所記錄的數據量非常龐大。以三年前發布的首張黑洞照片為例，在2017年4月份的觀測中，8個臺站在5天觀測期間共記錄就大約有3500TB數據（假如用家用1T容量的移動硬盤來儲存這些數據，移動硬盤的高度疊加在一起有15層樓的高度！而這還只是5天的數據量）。EHT采用專用硬盤來記錄數據，再把它們送回數據中心進行處理。研究人員在數據中心對數據做完一系列復雜的校正和處理后，再通過對這些數據經過近兩年時間的后期處理和分析，才有了我們看到的人類首張黑洞圖像。而今天發布的這張圖像，研究團隊花了五年時間，用超級計算機合成和分析數據，編纂了前所未有的黑洞模擬數據庫與觀測結果進行嚴格比對。
EHT合作團隊將從Sgr A*的2017年EHT觀測數據中提取的諸多照片組合制作成一張銀河系中心超大質量黑洞Sgr A*的最終照片。| Event Horizon Telescope Collaboration
飛向銀河系中心黑洞 | ESO/MPE/NickRisinger (skysurvey.org)/VISTA/J. Emerson/Digitized Sky
提到“補拍”，就不得不講到給黑洞“拍照”的兩個主要的難點了。一是星系中心附近有大量氣體塵埃等干擾射電望遠鏡進行觀察。銀心黑洞的質量大約是太陽的400萬倍，距離地球只有26000光年，從宇宙的角度來看非常近。相比之下，M87* 的質量大約是地球的65億倍，距離地球約5500萬光年。然而由于宇宙星系塵埃的干擾，Sgr A*的成像比 M87*困難得多。黑洞周圍的氣體均以幾乎接近光速繞著Sgr A*和M87*高速旋轉。這意味著在EHT觀測Sgr A*之時，有點像給一只正在追逐自己尾巴的小狗拍張清晰照片。二是視界范圍非常小。銀心黑洞的視界范圍只有1200萬公里，從地球看，它的視直徑（張開的角度）只有50個微角秒（10^-6角秒，1角秒=1/3600度）。這是個什么概念呢？就好比在上海看北京的一根頭發絲。而M87星系質量更大，中心黑洞質量也更大，是銀心黑洞的1500多倍，視界范圍是銀心黑洞的3000倍，因此即便它距離上遠了2000倍，但兩個黑洞看起來格外相似。
中國天文在此項目中承擔的工作？
中國天文科學家參與了前期觀測技術的預研，對黑洞大小、拍攝圖片分辨率極限等研究推測，以及對大量觀測數據進行VLBI數據處理。
VLBI測軌分系統示意圖 | 上海天文臺
VLBI測軌分系統
VLBI測軌分系統由北京站、上海站、昆明站和烏魯木齊站以及位于上海天文臺的VLBI數據處理中心（VLBI中心）組成。這樣一個網所構成的望遠鏡分辨率相當于口徑為3000多千米的巨大的綜合口徑射電望遠鏡，測角精度可以達到百分之幾角秒。
25米射電望遠鏡 | 上海天文臺
2021年4月14日，來自19臺望遠鏡（陣）的數據公開發布。天馬射電望遠鏡參與了其中2017年5月9日的歐洲VLBI網（EVN）170mm觀測，并貢獻了最高分辨率基線。同時，作為東亞地區靈敏度最高的長毫米波射電望遠鏡，天馬望遠鏡全程參與2017年3月至5月期間東亞VLBI網（EAVN）在13mm和7mm對M87共14次EHT協同觀測。這是國內射電望遠鏡在7mm工作波長首次成功參加國際VLBI聯合觀測。
M87的多波段觀測結果，天馬射電望遠鏡參加其中EVN的170mm和EAVN的13mm及7mm觀測。 | Event Horizon Telescope Collaboration
EHT關于未來的計劃？
EHT并未停止觀測研究的腳步：就在今年3月份剛完成了有更多望遠鏡參與的聯合觀測。EHT的持續擴展和技術革新將使得科學家可以分享更引人注目的照片，包括在不久的將來的黑洞“電影”。“拍攝這樣一部銀河系中心黑洞的'電影’，是下一代EHT的追求。”來自上海天文臺的EHT合作國內協調人沈志強說。“我們正在規劃建設中國的亞毫米波VLBI望遠鏡，以期參與到對Sgr A*的24小時不間斷的接力觀測中。”
地球是人類的搖籃，但人類決不會永遠躺在搖籃里。
—— 齊奧爾科夫斯基（1857.9.17～1935.9.19）
