黑洞能拍“彩照”吗？揭秘人类第二张黑洞照片
2022年5月14日 15:16
中新网上海5月13日电 北京时间5月12日晚21时许，全球多地天文学家联合揭晓了人类“拍摄”到的第二张黑洞照片——位于银河系中心的超大质量黑洞“人马座A*(Sgr A*)”的首张照片。
第二张黑洞照：依然像“甜甜圈”
一般而言，人们是无法看到黑洞的，因为它吞噬了所有的光(电磁波)。但如果在黑洞周围打上光(“光”指：周围气体发出的辐射)，就可以看到黑洞的阴影。阴影的大小直接正比于黑洞的质量。
大约3年前，也就是2019年4月，事件视界望远镜(Event Horizon Telescope，EHT)合作组织发布了人类首张黑洞照片——距离地球5500万光年的M87中央黑洞(M87*)的照片。
此次银河系中心的超大质量黑洞的照片，则是人类拥有的第二张黑洞照片。为了拍这张照片，研究团队创建了一个犹如地球般大小的虚拟望远镜，该望远镜由分布在全球六地的8个射电望远镜组成。
从外观上看，第二张黑洞照片跟首张黑洞照片相似，依旧像个橙红色的“甜甜圈”。
中国科学院上海天文台副研究员江悟解释说，根据爱因斯坦广义相对论的预言，黑洞周围发射的气体光线，受到黑洞强大引力的弯曲，最后所有这些能到达观测设备的光线，会呈现出一个明亮的环状结构，中心是一个黑暗区域。因此，从外观上看，它就像一个“甜甜圈”。
为何第二个“甜甜圈”比第一个更模糊？
细心的读者可能会发现，两张黑洞照片看似相同，实则有差。比如，“高光”区域不同，这是因为不同的亮度代表辐射强度的高低。
另外，尽管耗时更久(在首张黑洞照片出炉3年后，第二张黑洞照片方才面世)，但第二个“甜甜圈”比第一个“甜甜圈”更模糊。
其实，银河系中心的黑洞距离地球近些，之所以会出现这种情况，江悟解释，是因为在地球和银河系中心之间存在大量的气体和尘埃，这部分气体和尘埃对来自银河系中心的电磁波辐射，会产生散射效应，“简单地说，可能会对银河系中心图像产生‘模糊和放大’的效果，所以我们需要到更短的毫米波里去成像。”
对于银河系中心的黑洞成像，还有一个更大的挑战是，银河系中心黑洞的快速“时变”。这就好比，如果拍静物，摄影师能轻松捕捉，但如果拍快速运动的物体，就很考验摄影师的技术。
来自斯图尔德天文台、亚利桑那大学天文系和数据科学所的EHT科学家Chi-kwan Chan解释：“气体绕转M87*一周需要几天到数周时间；但对于相对小很多的Sgr A*来说，气体几分钟内即可绕转它一周。这意味着在EHT观测后者时，该超大质量黑洞周围绕转气体的亮度和图案在时刻快速变化着。有点像要给一只正在追逐自己尾巴的小狗拍张清晰照片”。
银河系有几个黑洞？
这次拍摄的黑洞，是银河系中心一个超大质量的黑洞。中国科学院上海天文台研究员路如森说，实际上，银河系里边有很多恒星级的黑洞，但超大质量的、质量超过太阳质量几百万倍的黑洞，只有这一个。
黑洞阴影和周围环绕的新月般光环非常小，在拍照设备能力有限的情况下，要想拍摄到黑洞的照片，毫无疑问，天文学家们希望找到一个看起来角直径足够大的黑洞作为对象。
而银河系中心的这个黑洞和M87中央黑洞，正是事件视界望远镜(EHT)合作组织在2017年观测期间发现的两个超大质量黑洞。
两个黑洞“甜甜圈”一样大吗？
从两张黑洞的照片来看，大小很相近。而其实人类首张黑洞照片，来自距离地球5500万光年的遥远星系M87；这次第二张黑洞照片来自银河系中心，距离地球约2.7万光年。距离相差这么远，为何呈现的黑洞“甜甜圈”看上去差不多大呢？
其实，这跟黑洞的大小也有关系，第一张照片的黑洞的质量为太阳质量的65亿倍，第二张照片的黑洞的质量约是太阳质量的430万倍。
中国科学院上海天文台台长沈志强解释，大的天体距离地球遥远，小的天体距离我们近，“就好比，我们看到月亮满月时，大小跟太阳差不多。其实它们的大小差了400倍左右，与地球的距离也差了400倍左右。”
下一步给黑洞“拍电影”
事件视界望远镜(EHT)是一个以直接观测星系中心超大质量黑洞在事件视界尺度上的结构为主要目标的国际合作项目，吸引全球科学家的参与。第二张黑洞照片中，在中国大陆，中国科学院上海天文台牵头组织了17位来自7个单位的科研人员参与合作。
EHT的科研目标不仅在于证明黑洞的存在，更要了解更多黑洞相关的物理性质。作为EHT合作的中国国内协调人，沈志强介绍，EHT计划拍摄一部银河系中心黑洞的“电影”，“现在我们只是‘拍’到一帧一帧静止的画面，将来希望能连续‘拍摄’长时间的‘电影’。上海天文台正在规划建设中国的亚毫米波VLBI(VLBI：甚长基线干涉测量)望远镜，以期参与到对Sgr A*的24小时不间断的接力观测中。”
可以给黑洞拍彩色照片吗？
目前的两张黑洞照片都是一个色系的，且是单色的。那么黑洞有办法“超越”熊猫，拍出彩色照片来吗？
对此，南京大学教授李志远表示，给黑洞拍彩色照片，虽然在原则上可行，但技术上目前还有限制。因为不同波段的分辨率可能差别会很大，现在的毫米波、亚毫米波已被证明是最能提供高分辨率细节的波段，如果要将“拍摄”推广到其他波段，不是现有的仪器所能做到的。
虽然彩照短期内无望，但双色或许可能。李志远介绍，(EHT)也在计划推动更多波段的“拍摄”，比如推进更高频率波段的观测。
更多迷你“甜甜圈”
事件视界望远镜(EHT)在2018年已经增加了3个新的(射电望远镜)台站，目前正在分析2018年和2021年的观测数据，整理2022年新的观测数据。
未来，Sgr A*和M87*仍是EHT最重要的科学目标，团队正在探究它们如何随时间变化，希望获得更清晰的图像。
EHT还将望远镜对准其他目标源，制作更多“甜甜圈”。因为其他“甜甜圈”更迷你，所以需要更高的角分辨率，需要建设空间望远镜，以实现这一目标。
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