黑洞照片怎么拍的你知道吗？

　　黑洞模拟图

　　为什么没有黑洞照片

　　尽管黑洞在科学中是那么迷人，那样激发人的想象力，但没有哪位天文学家真正见过黑洞。

　　黑洞是由大质量恒星自身坍缩而形成的，揭示了物理学的极限，是有着无限大密度，无限小体积的天体。没有任何东西可以逃脱，即使是光。

　　天文学家推测，一些黑洞可能是在大爆炸后的早期混沌宇宙中形成的。

　　试图观察黑洞的最大问题是，即使是超大质量黑洞(质量是太阳的数百万倍)也相对较小。

　　我们天空中最大的黑洞是银河系中心的黑洞， 给它拍照就相当于在月球表面拍一张DVD。

　　更重要的是，由于黑洞的强大引力，它往往被其他明亮的物质包围，这使得很难看到物体本身。

　　这就是为什么在寻找黑洞时，天文学家通常不会尝试直接观测。相反，他们寻找黑洞引力和辐射影响的证据。

　　通常测量恒星和气体的轨道，这些恒星和气体似乎围绕着天空中非常暗的‘点’旋转，再测量那个暗点的质量。

　　如果测量的“点”(天体)，得到质量比我们测量其他天体都大，而且颜色更黑暗，那么就会被认为这是一个黑洞。

　　在我们星系中心的大黑洞周围甚至可能有多达20000个较小的黑洞。

　　黑洞只有在消耗物质时才会释放x射线，但这些吞噬一切的黑洞实际上非常罕见。更常见的情况是，黑洞仍然无法被探测到。

　　所以我们现在看到的很多黑洞的照片，只能说是艺术加工想象出来的图片。

　　但是，从理论上看，看到视界(黑洞的边界称)是可能的，尽管并不容易。视界是黑洞外的一点，在那里光不再能达到逃逸速度。

　　但这个视界很可能被一个吸积盘所包围，吸积盘是围绕黑洞旋转的一个明亮的、能量极高的物质环。

　　事件视界望远镜分布

　　这张照片如何拍摄的

　　我们银河系的中心，在人马座和天蝎座的边界附近，存在着一个超大质量黑洞。

　　这个被称为人马座A* (Sgr A*)的时空吞噬区域横跨2700多万英里的距离，据估计有一个吸光核心，是太阳质量的400万倍。

　　由于它与地球的距离相对较近，相隔“只有”26,000光年，它也是少数几个被观测到影响附近物质流动的黑洞之一。

　　准确的说，不是直接拍摄银河系中心的黑洞。实际上是要给它的影子拍张照片。它的侧影将在银河系中心辐射的背景下滑动。这张照片将首次揭示黑洞的轮廓。

　　尽管人马座A* 的体积巨大，但它离我们足够远，所以对任何一台望远镜来说，捕捉到它都是巨大挑战。

　　人马座 A*(Sgr A*)

　　或许需要比哈勃太空望远镜分辨率高1000倍以上才能完成。不过，天文学家决定创造更大的望远镜——整个地球。

　　2018年4月，天文学家同步了全球射电望远镜网络，以观察人马座A*的直接环境。

　　这就是事件视界望远镜(EHT)，一个虚拟的行星大小的天文台，能够在很远的距离捕捉到前所未有的细节。

　　如果真正去建立一个巨大望远镜，这样的远镜可能会在自重下崩溃，所以组合了八个天文台，就像巨型镜子的碎片。

　　这给了我们一个和地球一样大的虚拟望远镜——直径大约10000公里。

　　哈珀太空望远镜

　　“拍摄”及处理遇到的挑战

　　八个天文台的射电望远镜以原子钟的超高精度相互锁定，捕捉到了大量关于人马座A*的数据。

　　据欧洲南方天文台称，它的阿塔卡玛毫米/亚毫米波阵列望远镜(ALMA)是视界望远镜的合作伙伴之一，仅它就记录了超过1pb的黑洞信息。

　　由于信息数据巨大，无法通过互联网传送，物理硬盘需通过飞机运送，然后输入位于马萨诸塞州剑桥市麻省理工学院海斯塔克天文台(MIT Haystack Observatory)和德国波恩市马普射电天文研究所(Max Planck Institute for Radio Astronomy)的计算集群(称为相关器)。

　　然后研究人员必须整理和分析这些数据，之后就是等待了计算机结果。

　　海斯塔克天文台

　　在处理第一张“照片”的道路上第一个障碍是驻扎在南极洲的第八个参与射电望远镜。

　　由于从2月到10月不可能有航班，南极望远镜捕捉到的最终数据集实际上是被“冷藏”起来的。2017年12月13日才到达了海斯塔克天文台。

　　在磁盘预热之后，它们将被加载到回放驱动器中，并与其他7个天文台的数据进行处理。

　　从而完成地球大小的虚拟望远镜，连接南极、夏威夷、墨西哥、智利、亚利桑那和西班牙的磁盘。

　　完成记录比较需要大约3周的时间，之后可以开始对2017年EHT数据进行最终分析!

　　最终的分析持续了整个2018年，由200多名研究人员组成的研究小组仔细研究了收集到的数据，并解释了可能会降低视界图像质量的任何误差来源(如地球大气中的湍流、随机噪声、假信号等)。

　　他们还必须开发和测试新的算法，将数据转换成“天空中无线电辐射的地图”。

　　好消息是现在等待已经进入倒计时，就在今晚，我们可以凝视宇宙中最迷人和可怕的天体之一的不祥阴影了。

　　这张黑洞照片可能证明爱因斯坦是错的

　　那么，一旦数字运算完成，我们会看到什么呢?有趣的是，一些科学家认为它可能看起来像电影《星际穿越》中精心制作的黑洞。

　　电影《星际穿越》中的黑洞

　　然而，与那个特殊例子中令人赏心悦目的壮观景象不同的是，人们预计视界所产生的光将是不对称的，而不是均匀的。

　　正是在这些观测中，爱因斯坦的广义相对论将面临考验。

　　通过照片我们能知道黑洞具有事件视界(一种时空的曲隔界线)的观点是否正确，以及对黑洞阴影的定量预测是否正确。

　　如果广义相对论在某种程度上是错误的，那么我们最终应该能够从它的预测中看到偏差，比如我们星系大黑洞的阴影形状和行为。

　　无论最终公布的图像是什么，它可能只会加深围绕这些神秘天文现象的疑问和敬畏，仅仅是工程本身就引发了这一历史性时刻。

　　这是一个挑战，做一些从来没有尝试过的事情，这是通往黑洞冒险之旅的开始。