光线都无法逃出黑洞那黑洞是如何被天文学家看到的？

在上一期，我们介绍了通过对银河系中心附近恒星运动的观测，间接证实银河系中心存在黑洞。这个研究结论为天文界所广泛接受，但天文学家仍不满足于此。他们迫切希望能实现直接的黑洞观测，从而让我们亲眼看到黑洞的模样。

除了满足人们的好奇心外，黑洞观测对于解决广义相对论中的一些理论问题也有着重要意义，能为人们探究物质世界最本质的规律提供新的启发和信息。

既然光线都无法逃出黑洞，那黑洞又是如何被天文学家看到的呢?

原来，在黑洞周边，有一些被黑洞俘获的物质围绕着黑洞旋转，形成天文学家们所说的吸积盘。在吸积盘中，距离黑洞远近不同的物质，围绕黑洞旋转的速度也不同。这些物质间相互摩擦，使得它们温度升高、向外辐射电磁信号，从而能被我们观察到。

通过吸积盘物质所给出的黑洞轮廓，我们就能了解黑洞的结构。而不同位置吸积盘亮度或其他光学信息的差异，还能提供黑洞附近发生现象的物理细节。在电影《星际穿越》中，艺术家和科学家们通力合作，在电影银幕上展现出壮观的黑洞图像，其实就是黑洞吸积盘的外观。不过，电影中黑洞结构来自理想的理论模型，并非真正的观测图像。

目前，可观测的黑洞吸积盘与我们的距离都非常遥远，在天空平面上的大小相当于月球上的一个棒球，夜空中能捕捉它们暗弱的光线并非易事。看清吸积盘的形态，则相当于在地球上看清月球表面一个硬币的正反面，更是非常有挑战性。天文望远镜能看清的结构细节极限(即分辨率)与望远镜的口径和观测信号的波长相关：波长越短、口径越大，就越能分辨出精细结构。

可见光等波段虽然波长较短，但望远镜口径难以做得“超级大”，也无法通过相干观测来扩大观测的等效口径。而射电望远镜则可通过全世界范围内的协同观测，构建一个口径与地球尺度相当的巨大望远镜，极大地提高分辨细节的能力。

在此基础上，科学家还尽量缩短观测波长，发展了亚毫米波观测技术。应用这一技术，世界上8台巨大的射电望远镜组成了事件视界望远镜，在2017年对黑洞的直接观测发起挑战。

对科学家来说，可选的观测对象有银河系中心的黑洞和M87梅西耶天体中心的黑洞。银河系中心黑洞的质量约为太阳的410万倍，而M87中心黑洞质量则是太阳的60亿倍。由于M87中心黑洞质量更大，虽然它与地球距离比银河系中心黑洞远，但它在天空平面上的投影大小比银河系中心黑洞稍大。因此，事件视界望远镜最先获取了M87中心黑洞的图像。

在开展观测时，8台望远镜每晚能产生2PB的天量数据。如果按目前个人电脑每台约1TB的存储容量计算，2PB数据相当于2000台个人电脑的存储能力。如此巨量数据已超出互联网的传输能力，因此科学家们在汇集不同望远镜的观测数据时，采用了传统但有效的方式——直接将硬盘运往汇总数据的处理中心。为了保证数据准确性，3个小组采用不同方法，独立对数据进行处理，并得到了相符的结果。

2019年4月，科学家对外发布了处理完成的图像。虽然得到的黑洞图像看起来有些模糊，但依旧能分辨出基本形状和明暗区分，解决了与黑洞吸积盘和喷流有关的一些重要科学问题，也使人类第一次真正看到了黑洞。

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