世界已经获得了有史以来第二张超大质量黑洞的照片——这一次，它是一个离家相对较近的黑洞。今天，与大型事件视界望远镜 (EHT) 项目合作的科学家发布了人马座 A* 的图像，这是一个巨大的黑洞，在我们自己的银河系中心旋转。
这个天体礼物来自同一个项目，该项目在 2019 年发布了第一张黑洞照片时引起了轰动。这张现在标志性的模糊橙色照片展示了位于距离地球 5500 万光年的巨大星系 Messier 87 或 M87 中心的超大质量黑洞。这一突破性的结果帮助科学家验证了这些物体的圆形形状，并进一步证实了阿尔伯特爱因斯坦的广义相对论，该理论预测了黑洞的存在。
现在，团队带着另一张黑洞的照片回来了，这张照片就在我们自己的后院。距离地球 26,000 光年的人马座 A* 或人马座 A*，被认为大约是太阳质量的 400 万倍。几十年来，科学家们根据物体在黑洞周围的移动方式推断出它存在于我们银河系的中心。但这是我们第一次获得其黑暗中心区域或“阴影”的直接图像，这进一步证明了我们宇宙邻域之间存在生命联系。“直到现在，我们还没有直接的图片证实人马座 A* 确实是一个黑洞，”亚利桑那大学天文学家、EHT 成员 Feryal Özel 在宣布这一消息的新闻发布会上说。她补充说：“这张照片显示了围绕着黑暗的明亮环——黑洞阴影的迹象。”
随着我们获得的每一张新的超大质量黑洞照片，科学家们对这些神秘的物体有了更多的了解。“这些超大质量黑洞，我们真的不知道它们是如何形成或变得如此之大的，”斯坦福大学黑洞研究员梅雷迪思克拉克鲍威尔告诉The Verge。“所以这是一个非常活跃的研究领域。”
说实话，人们无法直接捕捉到黑洞的图像。黑洞，就其本质而言，是无法“看到”的，因为这些物体是如此巨大，以至于没有任何东西可以逃脱它们的引力——包括光。相反，我们可以捕捉到黑洞的轮廓。如果一个超大质量黑洞被一个由气体和尘埃组成的漩涡盘所包围，那么这种物质就会发出明亮的光芒，因为气体和尘埃会被附近黑洞强大的引力加速和加热。EHT实际上捕捉到的是黑洞在发光气体和尘埃背景下的阴影。
不过，拍摄这些黑洞阴影的照片并非易事。根据事件视界望远镜小组的说法，要拍摄这样一张人马座 A* 的图像，一台望远镜必须有地球那么大才能完成这项工作。由于建造这样的设备并不完全现实，科学家们想出了一个解决方法。EHT 是一个范围广泛的无线电天线阵列，分布在五大洲。射电望远镜一起工作以观察同一个物体，就好像它们是一个巨大的行星大小的望远镜。然后由 EHT 科学家将望远镜收集的数据拼凑起来，以创建一个单一的图像。
EHT 使用相同的技术捕获 M87；8 个 EHT 无线电天线在 2017 年 4 月花了一周的时间观察那个黑洞，然后花费了数月的时间将数据编译成最终发布的图像。与此同时，EHT 还观察到了人马座 A*，但事实证明，制作其图像更具挑战性和耗时。加州理工学院的天文学家凯蒂·布曼 (Katie Bouman) 在新闻发布会上说：“用 EHT 拍照就像在钢琴上听一首缺少很多琴键的歌曲。”
虽然它比 M87 的黑洞更接近地球，但 Sgr A* 更小，更不活跃，而且物体周围的物质要暗淡得多，因此更难观察。最重要的是，围绕人马座 A* 的物质表现出奇怪的燃烧当黑洞周围的粒子被加速到更高的能量时。虽然这是一场有趣的灯光秀，但它每隔几个小时就会改变一次黑洞的组成，随着时间的推移很难观察到。在靠近事件视界的人马座 A* 周围旋转的物质——粒子落入黑洞的不归路——移动得非常快，以至于物体似乎实时变化。“这意味着当我们在地球自转期间收集数据时，材料围绕 Sgr A* 旋转的速度非常快，以至于 Sgr A* 的外观可能每分钟都在变化，”Bouman 说。
除此之外，人马座 A* 位于我们自己的星系中，这使得从地球上更难看到。观察这个黑洞意味着窥视银河系的银河平面——以及我们和黑洞之间的所有气态物质。这提供了许多科学家必须解决的干扰。麻省理工学院海斯塔克天文台的天文学家和 EHT 合作者文森特·菲什在新闻发布会上说：“结果是一幅图像，在我们完成分析之前，我们从未确定我们能得到。”
当 EHT 科学家观察 Sgr A* 时，他们收集了大约 3.5 PB 的数据。“这相当于大约 1 亿个 TikTok 视频，”Fish 说。“通过互联网传输的数据太多了。”
根据 Fish 的说法，该团队必须通过将数百个硬盘驱动器运送到位于马萨诸塞州韦斯特福德和德国波恩的相关中心来传输信息。在那里，超级计算机将信号编译在一起。在那之后，数据经过了严格的校准过程，因为科学家们试图构建他们可以制作的关于黑洞轮廓和等离子体的最佳图像。当 COVID-19 大流行来袭时，该校准过程的一部分也必须在线进行。
生成的图像是今天公布的图像，尽管对于普通观察者来说可能看起来有点模糊。这仅仅是由于我们在地球上的仪器的局限性。“每个望远镜都有我们称之为衍射极限的东西，”哈佛和史密森尼天体物理学中心的天体物理学家迈克尔约翰逊在新闻发布会上说。“这是它所能看到的最好的特征，这基本上就是我们在这里看到的水平。”
“M87 令人兴奋，因为它非同寻常。SGR A* 令人兴奋，因为它很常见。”
但是，有了这个模糊的图像，科学家们已经学到了很多东西。一方面，他们已经确定 Sgr A* 并不是一个特别饥饿的黑洞。物体周围只有一小部分材料实际上会进入内部。“如果 Sgr A* 是一个人，它将每百万年消耗一粒米，”约翰逊说。Sgr A* 也不会将其大部分引力能转化为光能。一些黑洞的引力，比如 M87 中间的黑洞，实际上可以加速周围的等离子体，导致物质以光射流的形式向外喷射。人马座 A* 并非如此，它是一种安静得多的黑洞。而那种黑洞可能就是标准。“人马座 A* 让我们看到了黑洞更标准的状态，安静而静止，”约翰逊说。“M87 令人兴奋，因为它非同寻常。Sgr A* 令人兴奋，因为它很常见。”
现在，凭借简历上的两张黑洞图像，EHT 合作对未来有了宏伟的计划。约翰逊说，EHT 正在增加更多望远镜，目标是创建下一代事件视界望远镜 (ngEHT)。这将有可能让科学家处理黑洞的运动图像，展示它如何随着时间的推移而演变。
“这一改进将帮助我们从这些静止图像转向捕捉第一批高分辨率黑洞电影，让我们见证它们的行动，并继续探索未知的边界
