給黑洞拍照片不算什么，下一步要拍視頻了

　　盡管 2019 年還沒有結(jié)束，但要說起今年重大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)，人類首張黑洞照片的發(fā)布，必須是上榜的發(fā)現(xiàn)。

　　今年 4 月份，全球多地聯(lián)合發(fā)布了人類首張黑洞照片。人類首次“拍”到了 5500 萬光年之外，位于遙遠(yuǎn)的 M87 星系中央，質(zhì)量約為太陽的 65 億倍的黑洞照片。

　　第一次看到這張照片時，它符合你對黑洞的想象嗎?許多人開始調(diào)侃它的樣子，大開腦洞。那么對于參與黑洞照片制作的人來說，對這張照片的第一印象如何，符合他們對黑洞的期待嗎?

　　“有意思的是，我們第一次發(fā)布這張照片的時候，感覺也沒什么，就是一張很酷的照片而已。但發(fā)布會結(jié)束后，我們發(fā)現(xiàn)地球上所有新聞機(jī)構(gòu)的封面都是這張照片，然后我們開始擔(dān)心了。

　　它的影響如此巨大，而我們?yōu)樗ぷ髁撕荛L的時間，過程中完全不知道自己最終能否成功。”在 2020 年度科學(xué)突破獎(Breakthrough Prize)的頒獎典禮上，EHT 項目負(fù)責(zé)人，哈佛-史密森尼天體物理中心的謝潑德·杜勒曼(Shep Doeleman)接受澎湃新聞采訪時，這么描述自己第一次見到這張照片的感受。

　　EHT 項目也因此獲得了 2020 年科學(xué)突破獎——基礎(chǔ)物理學(xué)獎。

　　事件視界望遠(yuǎn)鏡(EHT)項目組即人類首張黑洞照片的背后團(tuán)隊。EHT 的拍攝目標(biāo)之一，是位于 Messier 87 星系中心的超大質(zhì)量黑洞，其質(zhì)量相當(dāng)于 65 億個太陽。運(yùn)用全新的算法和技術(shù)，研究團(tuán)隊經(jīng)過艱苦的數(shù)據(jù)分析，終于呈現(xiàn)了這只“星系怪獸”的圖像：中心黑色的黑洞剪影，被周圍旋轉(zhuǎn)的熾熱氣體環(huán)繞。

　　這張照片也驗證了愛因斯坦引力理論對黑洞的預(yù)測：由于光線無法掙脫黑洞的引力，在黑洞周圍，存在一個由光線構(gòu)成、環(huán)繞中心黑色區(qū)域旋轉(zhuǎn)的亮環(huán)。

　　在采訪中，杜勒曼向澎湃新聞介紹了團(tuán)隊工作中的挑戰(zhàn)和趣事，未來的研究打算，以及合作在科學(xué)研究中的作用。

　　根據(jù)愛因斯坦引力場方程的計算，如果大量物質(zhì)集中于空間一點，奇點周圍會形成時空扭曲的“視界”，一旦進(jìn)入這個界面，連光子也無法逃逸。這個預(yù)測在 1916 年被提出來，不過，直到 1967 年，普林斯頓大學(xué)核物理學(xué)家約翰·惠勒才在一場講座里首次使用了“黑洞”(black hole)這個詞匯，并迅速流傳開來。

　　早在 2017 年 4 月，EHT 項目組就開始了對黑洞的聯(lián)合觀測，而技術(shù)和理論工作則開始的更早。

　　據(jù)杜勒曼介紹，成功捕捉到黑洞的影像，更多依靠的是天時地利人和。原因之一是團(tuán)隊需要升級和連接部署 8 個現(xiàn)有的射電望遠(yuǎn)鏡來組成全球網(wǎng)絡(luò)，包括 ALMA、APEX、IRAM30 米望遠(yuǎn)鏡、JamesClerkMaxwell 望遠(yuǎn)鏡、大毫米波望遠(yuǎn)鏡(LMT)、亞毫米波陣(SMA)、亞毫米波望遠(yuǎn)鏡(SMT)和南極望遠(yuǎn)鏡(SPT)。

　　而這些望遠(yuǎn)鏡分布在各種具有挑戰(zhàn)性的高海拔地區(qū)，包括夏威夷和墨西哥的火山、亞利桑那州的山脈、西班牙的內(nèi)華達(dá)山脈、智利的阿塔卡馬沙漠以及南極點。此外，用來計算院士觀測數(shù)據(jù)的專用超級計算機(jī)也分布在不同的地點，分別在馬普射電所和麻省理工學(xué)院海斯塔克天文臺。

　　“這就是為什么我說第一次看到這張照片的時候，感覺很奇怪。因為所有的東西都需要結(jié)合在一起，并能同時工作。需要技術(shù)、望遠(yuǎn)鏡、計算機(jī)，但更重要的，需要這個黑洞配合。我們能控制望遠(yuǎn)鏡，能控制計算機(jī)，但是我們無法控制黑洞。真的感謝這個特別的黑洞，我們最終呈現(xiàn)了它的光圈，并證實了愛因斯坦的預(yù)測。如果它不配合，我們可能現(xiàn)在還在尋找。”杜勒曼說。

　　拍到了黑洞照片后，EHT 的工作就結(jié)束了嗎，下一步計劃是什么?“我們拍到了一張黑洞的照片，后來我們將望遠(yuǎn)鏡增加到了 11 臺，我們剛獲得新的研究資金，可以在最好的位置找到最佳的觀測點。有了之前的望遠(yuǎn)鏡，更多網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的支持和計算是能力的提升，未來我們想做的有兩點。一是能拍張更好的黑洞照片，二是未來 10 年里能拍到黑洞視頻。”杜勒曼稱。

　　杜勒曼介紹，依靠現(xiàn)有的數(shù)據(jù)和計算機(jī)模型，EHT 團(tuán)隊已經(jīng)在模擬黑洞的運(yùn)動影像。
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