中国青年报|首张银河系中心黑洞照片背后：科学家耗费数十年研究袁峰在科普讲座上向公众解说

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袁峰在科普讲座上向公众解说宇宙甜甜圈。受访者供图
【中国青年报|首张银河系中心黑洞照片背后：科学家耗费数十年研究】中国科学院上海天文台研究员袁峰算是和甜甜圈结下一生的缘分了——5月16日，由他参与的事件视界望远镜项目(EHT)拍摄到了首张银河系中心超大质量黑洞人马座A*的第一张写真照片——一个巨大的宇宙甜甜圈。
这张写真，来自2.7万光年之外的银河系中心。中国大陆有16位研究人员参与了这项工作，袁峰是其中之一。
从1994年攻读天体物理学博士至今，袁峰已经在与甜甜圈们打交道的路上坚持了28年。 5月的这张照片，其实是EHT团队第二次拍到的黑洞写真。第一次发布黑洞照片是在2019年4月。那时， EHT组织宣布得到了第一张黑洞M87的照片。该照片的中心是一个近似圆形的黑暗区域，该区域被一个发光的亮环保卫，酷似一个金色的甜甜圈。
很多人不明白，既然科学家早在2019年就已经拍到了黑洞写真，为何还要在2022年再拍一次呢？科学家想要证明什么问题呢？
袁峰告诉中青报·中青网采访人员，实际上，一张张甜甜圈黑洞写真，看似雷同，但它们都有其在不同假设环境中的重要价值。
我们拍到的照片，准确来说，不是黑洞本身，而是黑洞周围的吸积流。这些吸积流被一个强大的中心引力吸引，而这个引力就来自黑洞。袁峰说，甜甜圈外圈那个闪闪发光的金色圆环，实际上就是吸积流，吸积流气体在黑洞引力作用下向黑洞下落，下落过程中它们变热、进而发出强烈的辐射，照片中看到的明亮光环，就是这些非常热的气体发出的辐射。
天体物理学家纳拉扬等人的研究发现，宇宙中存在两种吸积流，一种是正常吸积流，另一种是疯狂吸积流，前者磁场较弱，后者磁场很强。除了磁场外，两种吸积流其他方面也存在很大不同，而且还决定了黑洞喷流的形成。
袁峰告诉采访人员，黑洞写真拍摄的一个重要价值在于其在强引力场环境下检验了爱因斯坦的广义相对论。广义相对论是描述物质间引力相互作用的理论，由阿尔伯特·爱因斯坦于1915年完成， 1916年正式发表。这一理论首次把引力场等效成时空的弯曲。
他介绍， 100年前也有科学家对广义相对论进行过检验，但当时都是在弱引力场环境下进行的检验，而在弱场下，广义相对论与牛顿力学两种理论的差别不大。只有在强引力场的环境下，两者才能出现较为明显的差别。
黑洞，正是那个用来检验广义相对论的、合适的强引力场。
广义相对论和量子力学理论是目前物理学界最牛的理论，是现代物理学最重要的基础。袁峰说，以人们日常使用的卫星导航系统为例，它也需要依靠广义相对论，工程人员在这一理论基础上，把导航变成了现实，举个例子，用牛顿力学理论做导航的话，误差可能是1-2公里，而要精准定位，一定要依靠广义相对论。
如今科学家拍摄到的黑洞照片，与基于100多年前的广义相对论计算出来的黑洞模型照片是相符合的，说明广义相对论通过了这次检验。
袁峰不是EHT项目中的拍照人，而是该项目中解释为什么拍照的理论研究者之一。
吸积流被吸进去的过程中，产生了很多有趣的现象。他介绍，黑洞本身不会发光，要找到黑洞，最重要的就是找到其周围的吸积流气体，根据我们的计算预测，真正的黑洞比这幅‘甜甜圈’图片中的黑色部分要小一些。
袁峰所说的计算，是求解一个复杂的黑洞吸积流方程组。这个方程的复杂程度，远超出一般人的想象。这个方程组从20世纪60年代开始就被科学家关注，每解出这个方程的一小步，都值得发表一篇高水平学术论文。 20世纪90年代，袁峰在哈佛大学的博士后导师纳拉扬发现了该方程的一个创新性解，为人们理解宇宙中的黑洞迈出了重要一步，他本人因此当选美国科学院院士。
我当时写了一篇还算不错的论文，在一次韩国举办的国际会议上作了报告。袁峰告诉采访人员，导师后来告诉我，那次听到我的报告，就想好要给我留一个博士后位子了。
2002年到哈佛大学报到后，负责接待的天文系秘书在见到袁峰后说：我早就想见到你了！有几百人申请了教授的博士后位置，我想知道他把这个位置留给了一个什么样的人。