给黑洞“拍照 ”

很多小读者都听说过黑洞，它们是宇宙中最神秘的天体。顾名思义，黑洞是黑的，也就是说我们看不见黑洞。这是因为黑洞的引力太强，光都不能从黑洞里逃脱。但是，有一群天文学家希望给黑洞“拍照”。

给看不见的黑洞拍照，他们是怎么做到的呢？

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什么是黑洞？

浩瀚的宇宙中，黑洞十分神秘

1784年，英国人约翰•米切尔首次提出一个猜想：可能存在密度大到连光都无法逃逸的天体。但在当时，这只是一个无法验证的猜想。1915年，爱因斯坦提出广义相对论，为黑洞的存在提供了坚实的理论依据。1967年， 美国物理学家约翰•惠勒创造了“黑洞”这个词，用来描述这种密度极大的天体。

银河系

虽然我们看不见黑洞，但是天文学家已经发现了很多证据可以间接证明黑洞是真实存在的。他们还 根据黑洞的质量把黑洞分成3类：从小到大依次是恒星级质量的黑洞、中等质量黑洞和超大质量黑洞。 超大质量黑洞有多大？太阳够大了吧，这种黑洞的质量有数十万甚至上百亿个太阳那么大！天文学家推测， 在包括银河系在内的每一个星系的中心，都存在一个黑洞。

超大质量黑洞比太阳大很多很多

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两张黑洞照片

这些想给黑洞“拍照”的天文学家在2017年4月给两个黑洞“拍”了照。他们选择的两个“拍照”对象很有代表性。其中一个是位于我们银河系中心的黑洞，这个黑洞叫作人马座A*，也可以简写成Sgr A*。它的质量大约是太阳质量的400万倍，距离地球大约2.7万光年。另一个黑洞叫作M87*，与Sgr A*相比，它要大得多，也远得多。它位于距离地球5500万光年的室女座椭圆星系M87中，质量大约相当于太阳质量的65亿倍。

人类拍摄的首张黑洞照片

但是，与我们用数码相机或者手机拍照不同，天文学家拍摄黑洞实际上是获得了大量的观测数据，他们要对这些数据进行后期处理，才能获得黑洞的照片。这有点儿类似于我们拍照后“修图”，不过过程要复杂得多。2019年4月10日，世界上第一张黑洞照片正式公布。后来又经过2年的数据分析和处理，2022年5月，他们发布了第二张黑洞照片，也就是黑洞Sgr A*的照片。

银河系中心超大质量黑洞Sgr A的照片

在这两张黑洞照片中，黑洞看起来都像是一个甜甜圈，这个形状是由黑洞的物理性质决定的，与天文学家在拍摄前的预计完全相符。

黑洞不发光，因此我们无法看到黑洞自身。天文学家想到了可以用间接的方法对黑洞成像。黑洞周围绕黑洞旋转并落入黑洞的气体会发出强烈的辐射，这些明亮气体组成的环状结构围绕的中心区域就是黑洞。在这两张照片中，我们都能看到这样的中心区域。

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特别的照相机

我们知道，想照相的话，需要一台照相机。那么，天文学家是用什么样的照相机给黑洞“拍照”的呢？一般来说，天文学家想研究一个天体，就会用望远镜来观测这个天体，这次也不例外，他们使用叫作事件视界望远镜的设备来观测黑洞并且给黑洞拍照。望远镜的名字“事件视界”是一个研究黑洞的时候会用到的概念，指的是光线也无法逃脱的黑洞边界。

参与黑洞拍摄的南极望远镜

不过，与我们通常看到的望远镜不一样，事件视界望远镜并不是一台望远镜，而是由很多望远镜组成的望远镜网络。这些望远镜组合在一起，才能有足够的能力对黑洞“拍照”。2017年4月，当天文学家给黑洞“拍照”的时候，一共有分布在智利、美国、西班牙、墨西哥和南极6地的8台射电望远镜参与了“拍摄”工作。而在拍摄和处理黑洞照片的过程中，有来自全世界80个研究机构的300多位天文学家作出了贡献，其中就有来自中国的天文学家。

射电望远镜

天文学家拍到的黑洞照片，极大加深了我们对黑洞的认识。在不远的将来，我们除了能看到黑洞的照片，还能看到黑洞的视频，从而揭开更多有关黑洞的秘密。