银河系中心黑洞被成像！没有中国天眼参与，为什么？5分钟科普

银河系中心，隐藏着一个质量是太阳400万倍的超级黑洞！北京时间5月12日晚，世界各国的天文学家终于给这个黑洞拍摄了照片，证实了它的存在。

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作为宇宙中最诡异的天体，黑洞一直是人们最好奇的目标。然而，它叫“黑”洞不是没有原因的，因为我们确实看不见它。那么，天文学家是如何知道它存在的、又如何给它拍照呢？
首先，我们要回答一个问题：到底什么是黑洞？
黑洞，其实是通过爱因斯坦广义相对论推导出来的一种天体。这种天体拥有巨大的质量，但没有体积，所以密度无限大，并且拥有极其惊人的引力，以至于连附近的光都无法逃脱，故此被命名为黑洞。

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（图片说明：爱因斯坦）
我们知道，爱因斯坦的“预言”目前还没有被推翻的，黑洞也不例外。科学家们真的在宇宙中找到了许多黑洞，并且将已经发现的黑洞分为两类。第一种叫做恒星级黑洞，质量在太阳的3-100倍之间，通过大质量恒星在超新星爆发后坍缩形成；第二种叫做超大质量黑洞，这种黑洞质量在太阳的100万倍以上，只存在于星系的核心，形成原因至今是个谜。
此外还有介于二者之间的中等质量黑洞，虽然有一点关于天文学家发现这种黑洞的消息，但我们对于它的认知仍然非常少；另一种是霍金预言的原初黑洞，形成于宇宙大爆炸初期，这个理论目前无法得到证实。

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（图片说明：黑洞艺术图）
那么问题来了：既然黑洞能吞噬附近所有的光，我们还怎么给它拍照？
黑洞本身确实可以吞噬光线，但它在吞噬其他物质的时候，这些物质是发光的。被吞噬的物质不会马上进入黑洞中，而是形成一个盘状结构， “排队”等着被吞噬，这个结构叫做吸积盘。由于物质过于密集，而且旋转速度快，这些物质之间的摩擦就会发出光来。有些黑洞吞噬物质的速度非常快，因此吸积盘也非常明亮，可以证明黑洞的存在。
天文学家想要拍摄的，就是黑洞的吸积盘。吸积盘的运行规律，可以帮助天文学家了解极端宇宙环境下的天体物理学机制，更好地理解爱因斯坦等物理学家的理论。

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（图片说明：黑洞吸积盘是我们了解它的关键）
除了吸积盘之外，黑洞还会从两极射出强大的等离子束。这些等离子的速度极快，甚至接近光速，因此又被称为相对论性喷流。它同样可以帮助天文学家了解黑洞周围的电磁理论机制，也是天文学家重点关注的对象。
早在2012年，世界各国的天文学家就开始讨论拍摄黑洞照片的事宜。他们的手段就是所谓的甚长基线干涉技术，也就是利用分布在世界各地的望远镜进行观测，虚拟出一个口径和地球直径一样巨大的虚拟望远镜，从而对黑洞进行成像，这台被虚拟出来的望远镜就叫做事件视界望远镜（EHT）。

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（图片说明：事件视界望远镜）
每年夏天，天文学家都会进行拍摄。然而，由于数据过于庞大，每张照片的处理时间都要以年为单位来计算。北京时间2019年4月10日21时，我国的上海、台北以及世界其他5个城市的天文学家同时召开了发布会，公布了人类历史上第一张黑洞照片——

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（图片说明：M87*的照片）
这个黑洞位于M87星系的中心，被称为M87* 。它距离我们大约5500万光年，质量是太阳的65亿倍，绝对是宇宙中最恐怖的天体之一！
一年之后， EHT项目又公布了第二张照片，是一个名叫3C279的类星体（黑洞的一种）的相对论性喷流——

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（图片说明：3C279照片）
2021年， EHT项目公布了第三个作品，是M87*的偏振光图像——

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（图片说明：M87*的偏振图像）
实际上，在最初成立EHT项目的时候，天文学家就想拍摄银河系中心的超大质量黑洞——人马座A 。毕竟它是离我们最近的超大质量黑洞，相距仅27000光年，虽然质量比M87*小得多。不过，直到昨天，我们才终于看到它的庐山真面目。
大家肯定有一个疑问，既然银河系中心的黑洞这么近，为何人类舍近求远，要先去拍摄M87*呢？

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（图片说明：两个黑洞的尺寸对比）
这是因为， M87*是一个非常活跃的黑洞，它始终在疯狂地吞噬着周围的物质，因此吸积盘又大又亮，给了天文学家绝佳的拍摄机会。相比之下，人马座A*是一个非常沉寂的黑洞，平均每1000年才吞噬相当于一个太阳质量的物质，是M87*的百分之一。科学家比喻说：如果人马座A*是一个人类的重量，它100万年才只能吞噬一粒米。
因此，它的吸积盘又冷又暗，也让天文学家难以拍摄。
另外，距离并没有带来更大的问题。 M87*体型巨大，其视界半径是人马座A*的1500倍以上。因此，尽管距离遥远，但看起来二者的视觉效果（视半径）其实是差不多的。如果二者被放在相同的距离下对比，可以看出M87*有多么惊人。

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【银河系中心黑洞被成像！没有中国天眼参与，为什么？5分钟科普】（图片说明：两个黑洞在地球看的视觉效果和相同距离下的尺寸对比）
另外，人马座A*周围的环境对人类也不友善，这里是银河系恒星最密集的区域，除了星光之外还有大量的电磁辐射，会干扰天文学家的观测。这里还有大量的星际尘埃，以及极其炽热的气体云，都给拍照造成了巨大的困难。不过，毕竟它离我们很近，弥补了许多困难，而且天文学家必须要了解自己星系的黑洞。
正是因为这么多原因， M87*成为了宇宙中最适合成像的黑洞，而人马座A*则紧随其后。实际上，二者的照片是同一年拍摄的，由于前面说的那么多干扰因素，研究人员多花了3年时间才“冲洗”出这张照片来。

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（图片说明：混乱的银河系中心，高清大图，可以点开放大来看）
那么，天文学家这一次成功对人马座A*成像，有什么意义呢？
首先，由于不能直接观测到黑洞，很多人一直对银河系中心的真实身份有所质疑。这一次的照片和M87*保持一致，也是“甜甜圈”的样子，证明了银河系中心确实有一个巨大的黑洞。
其次，黑洞作为相对论“预言”的“产物” ，也是验证爱因斯坦理论的绝佳对象，比如引力透镜效应等。
另外，人马座A*在宇宙的超大质量黑洞中，也具有自己的独特性，并且距离我们最近，这是天文学家更全面地了解这种天体的重要样本。

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（图片说明：根据不同算法绘制的人马座A*图像，进行平均和叠加才能得到最后的图像）
可以说， EHT项目是当今世界最大的全球合作项目之一，包含了来自全世界80个研究所的超过300名科学家，其中17名来自中国内地，另外还有中国台湾的科学家参与。
EHT项目最初一共有8台望远镜，现在增加到了11台。不过大家注意到，这里没有我国著名的射电望远镜“天眼” 。这是正常的，因为EHT的望远镜都是亚毫米级的，而我国的FAST最短只能接收到分米级的电磁波。二者的设计初衷不同，所以FAST无法参与到EHT项目。不过我国已经有计划建设亚毫米级的射电望远镜了，未来或将参与到黑洞照片的拍摄中。

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（图片说明：FAST）
未来， EHT团队还将在每年对宇宙中的黑洞进行拍摄，并且还会有更多望远镜加入进来。我们很期待，下一次的黑洞照片，会是什么样的呢？