本文來自微信公眾號：新智元 （ID：AI_era），編輯：David，原文標題：《銀河系心臟內怪獸曝光！人類第二張黑洞照片公布，距離僅2.7萬光年》，題圖來自：EHT
北京時間昨晚21時，人類歷史上第2張黑洞照片誕生！
此次發布的黑洞照片是銀河系中心的超大質量黑洞，名為“人馬座A*”，這也是人類首次拍到離我們“很近”的位于銀河系中心的超大質量黑洞。
發布這個重磅消息的是國際合作研究組織“事件視界望遠鏡”（EHT），正是這個組織，在3年前的 2019 年 4 月公布了人類拍攝的第一張黑洞照片，該黑洞被稱為“M87*”。
之后，科學家又探究了與 M87* 相關的極端磁場，進一步了解了黑洞周圍的環境。
這兩張照片都是通過將全球多個射電觀測站連接起來，形成一個“地球大小”的虛擬望遠鏡，在多個時段收集了許多小時的海量數據，最后“拼”成的。
都是“甜甜圈”，區別在哪？
這張新圖片可能看起來與2019年的M87*非常相似，都像一個烤紅的甜甜圈，但實際上，這兩個黑洞的質量和周圍的星系類型都有很大差別。
黑洞本身是完全黑暗的，但黑洞本身被一團明亮的發光氣體環所包圍，受到黑洞的巨大質量的影響，氣體環被黑洞產生的引力所扭曲，同時不斷消耗這些氣體。
據研究人員測算，此次新拍出的“人馬座A*”位于銀河系中心區域，消耗氣體的速度比M87*慢得多，而M87*位于一個巨大橢圓星系的中心，并噴射出強大的等離子體。
具體而言，M87*的質量相當于65億個太陽，人馬座A*只相當于400萬個太陽，前者的范圍半徑高達105億公里，后者只有2200萬公里。
M87*距離地球非常遙遠，達到5500萬光年，而人馬座A*可以說就在我們“自家門口”，距離地球僅27000光年。
為啥這個黑洞離得近，卻更難拍？
不過，雖然人馬座A*離我們近得多，但要給它拍照，卻比M87*要困難得多。
其中一個主要原因是：周圍物質繞人馬座A*旋轉速度太快。
人馬座A*周圍的物質在短短幾分鐘內就繞它轉一圈，M87*周圍的物質則要幾天到幾周的時間，這導致人馬座A*周圍氣體的亮度和模式變化極快。打個比方來說，就像 “試圖拍一張追著自己尾巴飛跑的小狗的清晰照片”一樣困難。
在二者的體量對比上，研究人員做出了一個形象的比喻。
“如果人馬座A*真的就是一個甜甜圈那么大，那么M87*就相當于一座足球場。不過，無論大小或周圍環境如何，有一點是一樣的，一旦你到達黑洞的邊緣，引力就會接管一切?！?/p>
除了變化速度更快之外，對人馬座A*拍照的另一個難題是，目標太小。
人馬座A*的質量只相當于M87的黑洞的不到千分之一，從體積上看，它只比太陽寬30倍左右，所以盡管距地球比M87*近得多，但是卻更難捕捉。
而且，由于圍繞人馬座A*的物質較少，人馬座A*也顯得比較暗淡。
斯坦福大學的天體物理學家Roger Blandford說：“人馬座A*周圍的質量供應非常低，從本質上說，它已經快被餓死了。”
為了解決“照片難拍”的問題，EHT使用了名為“甚長基線干涉測量法”的技術來生成黑洞圖像。
研究人員將分布在從南極到西班牙世界各地的多個天文臺的視圖進行結合，實際上將地球變成一個巨大的虛擬望遠鏡。
全球八個天文臺參與了此次觀測，包括（左上角起，順時針方向）墨西哥的大型毫米波望遠鏡；南極望遠鏡（圖中綠色為極光）；亞利桑那州格雷厄姆山上的亞毫米波望遠鏡；以及夏威夷大島毛納克亞山頂的亞毫米波陣列
就像光學望遠鏡上更大的鏡面可以提供更好的視野一樣，這個有著地球大小的虛擬望遠鏡的巨大鏡面，讓捕捉到人馬座A*黑洞的圖像成為可能。
300多人耗時5年，數據塞滿1000多塊硬盤
盡管如此，這次公布的這個新的“甜甜圈”照片，也花費了研究人員整整5年時間。
實際上，這張新圖和3年前的M87*一樣，都是2017年拍攝的。分布在世界各地的八臺望遠鏡在連續10個晚上收集了人馬座A*的視圖。
而耗時最久則的是海量信息數據的收集和處理。哈佛-史密森尼天體物理學中心的EHT數據科學家Lindy Blackburn表示，收集的信息量非常大，無法在互聯網上發布。
裝滿數據1000多個特制硬盤被運回兩個處理設施，一個在波士頓附近的Haystack天文臺，另一個在德國波恩的馬普射電天文研究所。
這些海量數據經過超級計算機的整合分析，用人工智能算法對比補足，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，最終耗時5年才最終發布。
此次人馬座A*圖片的發布，是全球科學研究人員共同合作的結果。據統計，全球共有80多家科研機構的300多名研究人員參與了本次合作研究。
中科院上海天文臺在社交媒體上發文稱，這張最終照片是通過將數千張使用不同計算方法得到的圖像平均起來生成的，所有這些圖像都可準確擬合EHT數據。最終照片保留了在所有不同圖像中更常見的特征，并抑制了不常見的特征。
此次上海天文臺的EHT合作成員路如森說：“確實，對銀河系中心黑洞首次成像觀測的數據分析耗費了EHT合作團隊的巨大心血?！?br>
另一位來自上海天文臺的EHT合作成員江悟補充道：“研究團隊遍歷了極大的成像參數空間，才得以確定這張黑洞照片?！?/p>
“從一到二”，本身就是飛躍
實際上，這次人馬座A*的這張照片的誕生，是人類科學家幾十年來觀察的最終結果。
1918年，天文學家哈洛·沙普利首次注意到恒星向銀河系中心聚集，這是我們對其存在的首次試探性暗示。
后來的觀測發現了來自該處的強大的無線電輻射，指出了一個巨大而緊湊的物體的存在，很可能是一個黑洞。這正是愛因斯坦的廣義相對論所預測的現象。
德國法蘭克福歌德大學的理論天體物理學家、EHT董事會成員Luciano Rezzolla表示：“它有一個美麗的軌跡。這是大自然給我們的一份禮物”。
現在，在獲得了第二張黑洞的照片之后，科學家們將進一步探測黑洞的復雜性，并可以更方便地和三年前拍攝的M87*進行比較。
天體物理學家薩拉-加拉格爾（Sarah Gallagher）說：“從一到二是個很大的飛躍”。
而且，與三年前M87*的照片不同的是，這次的目標要近得多。
觀察人馬座A*的感受會有很大不同。但對許多人來說，這是一個讓我們著迷已久的天體，而現在，它就在我們眼前，它的舞蹈讓我們眼花繚亂，因為“這里就是我們的家。”
和研究人員的感受相比，一位知乎網友的感受則更加“感性”。
“在這個疫情反復、國與國之間分歧不斷的年代，這雖然是個黑洞，但我卻覺得它象征著人類的團結”。
格局大了。
參考資料
https://www.quantamagazine.org/black-hole-image-reveals-sagittarius-a-20220512/
https://www.technologyreview.com/2022/05/12/1052145/this-is-the-first-image-of-the-black-hole-at-the-center-of-our-galaxy/
https://news.mit.edu/2022/first-supermassive-black-hole-sagitarrius-0512
https://www.zhihu.com/question/530632972
https://mp.weixin.qq.com/s/8XA4x-2qzci-Dt4vQNNRQg
本文來自微信公眾號：新智元 （ID：AI_era），作者：編輯：David
