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就在昨晚（5月12日），咱家銀河系的超大質量黑洞——“人馬座A*”（Sagittarius A*，Sgr A*）終于有了它的第一張寫真！

銀河系中心超大黑洞人馬座A*的首張照片 | EHT Collaboration

這張特殊的“寫真”來自2.7萬光年之外的銀河系中心，是中國科學院上海天文臺聯合發布的人馬座A*超大質量黑洞成像成果，由事件視界望遠鏡項目（Event Horizon Telescope， EHT）拍攝。

距離第一次發布黑洞“寫真”，已經過去3年了。

此次拍攝的人馬座A*是距離地球最近的超大質量黑洞，延續了M87星系黑洞的“甜甜圈”外觀，但更加蓬松迷你。雖然這張照片上的它看起來氣質平平，卻凝結著全球眾多科學家近 20 年的期盼和努力。

此前科學界普遍認為人馬座A*應該是一個超大質量黑洞，但畢竟只是基于數據推測，還有科學家認為人馬座A*可能只是一種特殊的暗物質團。而今，隨著黑洞成像的釋出，質疑終于被沖散。

阿塔卡馬大型毫米/亞毫米陣列（ALMA）正在仰望銀河系，圖中標明了人馬座A*的位置，它是我們銀河系中心的超大質量黑洞 | ESO/José Francisco Salgado (josefrancisco.org), EHT Collaboration

這次成像不僅為銀河系中心存在超大質量黑洞提供了確鑿證據，更意味著天文觀測技術取得巨大突破，是全球不容錯過的歷史時刻。

但問題也來了——明明人馬座A*距地球最近，為什么先成像的卻是更遙遠的 M87 星系黑洞？

原因很簡單，因為前者成像更難。

為人馬座A*拍“寫真”，難在哪里？

人馬座A*黑洞距離地球僅2.7萬光年，與5500萬光年外的M87星系黑洞相比，可以說得上是近在遲尺，但拍攝它卻并非易事。

飛向人馬座A*黑洞 | ESO/L. Cal?ada, N. Risinger (skysurvey.org), DSS, VISTA, VVV Survey/D. Minniti DSS, Nogueras-Lara et al., Schoedel, NACO, GRAVITY Collaboration, EHT Collaboration (Music: Azul Cobalto)

作為一個擁有吞天噬地技能的黑洞，人馬座A*并未展現出它應有的“事業心”，大概1000年才能吞噬一倍太陽質量的物質，開疆擴土的效率僅是M87星系黑洞的百分之一。如此低的活躍性，導致它的吸積盤光芒較弱，很難被望遠鏡捕獲。

模擬氣體在人馬座A*黑洞外圍的圓形軌道上以大約 30% 的光速旋轉運動 | ESO/Gravity Consortium/L. Cal?ada

人馬座A*黑洞的 “佛系”，還體現在它的質量上——只相當于太陽的400萬倍，這樣的體型在超大質量黑洞界過于嬌小了。因為體型太小，圍繞人馬座A*黑洞旋轉的物質運動速度也更快。

M87星系黑洞的質量有太陽的65億倍之多，它的半徑更是人馬座A*黑洞的1500倍以上。相比之下，人馬座A*黑洞的事件視界小而暗淡，對事件視界望遠鏡的觀測提出了更高的要求。

好在，人馬座A*離我們也更近，因此在最終的照片上，兩個黑洞看起來差不多同樣大小。

兩張黑洞照片的對比：左為2019年人類首張黑洞照片，展示了M87星系中心的超大質量黑洞；右為今天公布的銀河系中心半人馬A* | EHT

成像困難也不全是人馬座A*自己的鍋，周圍環境也給拍攝帶來了很大干擾。

古詩有云，客泛靈槎犯斗牛，銀河碧海暗通流。人馬座A*黑洞所在的銀河系中心區域，星光繚繞，塵埃密布，會遮擋射電望遠鏡的觀測視線。

大量熾熱氣體形成一個旋渦， 標明了銀河系中心人馬座A*黑洞的大致位置 | NASA、ESA、SSC、CXC、STScI

此外，人馬座A*黑洞還開啟了“防偷拍”模式。恒星爆炸和超大質量黑洞外流將氣體加熱到數百萬度，熾熱的氣體云和星際塵埃圍繞著黑洞運動，不時發出獨特閃光將黑洞隱沒其中。

韋布空間望遠鏡人馬座A*觀測團隊的首席研究員法爾哈德?尤瑟-澤德（Farhad Yusef-Zadeh）稱：“在已知的超大質量黑洞中，銀河系中心黑洞是唯一有這種獨特閃光的，雖然不利于拍攝，但使人馬座A*有了更多科學趣味。”

這些特性增加了人馬座A*黑洞的成像難度，卻也呈現了一道夢幻綺麗的風景，這是咱家銀河系黑洞獨有的魅力。

能為世界帶來什么？

人馬座A*黑洞的直接成像是一項突破性的天文觀測成果，但對于EHT來講，這只是他們計劃中的第一個小目標，是在為探索黑洞周圍的物質吸積和噴流的形成及傳播作準備。

藝術家繪制的超大質量黑洞的高速噴流示意圖 | ESA/Hubble, L.Cal?ada (ESO)

接下來的研究中，最受矚目的當屬對愛因斯坦廣義相對論的驗證。比如，我們是否能拍攝到氣體繞轉黑洞的動態過程？黑洞是已知宇宙中最極端的環境，其對光線的引力透鏡效應是檢驗愛因斯坦相對論的方法之一。

黑洞是愛因斯坦廣義相對論預言的一種現象 | 環球網

未來，咱家銀河系中最強的引力場——人馬座A*黑洞，將繼續作為探索愛因斯坦廣義相對論的理想試驗場。

科學家們對獲得了兩個大小非常不同的黑洞圖像非常興奮，他們希望借此機會進一步測試重力現象在黑洞極端環境中的表現，縮小廣義相對論的計算誤差，為引力物理學帶來全新突破。

恒星 S2 非常接近人馬座A*黑洞時的運行路徑，強引力場導致它變成微紅色（顏色效果和大小經過特殊處理） | ESO/M.Kornmesser

“一開始可能會產生更多的問題，而不是答案”，現任 EHT科學委員會副主席塞拉·馬爾科夫（Sera Markoff ）在去年的采訪中說。

未來的研究道路還很漫長，探索宇宙的終極奧秘才是黑洞研究的星辰大海，也許成效并不會在一朝一夕中得見，但一定值得我們期待。

黑洞成像背后的功臣

最后，讓我們把目光投向這張寫真的拍攝者、黑洞成像的最大功臣——事件視界望遠鏡。

這是一個以觀測星系中心超大質量黑洞為主要目標的計劃，由來自世界各地 80 個研究所的 300 多名研究人員共同完成，其中有17位來自中國內地。

EHT通過超長基線干涉（VLBI）技術，將世界各地的多個射電望遠鏡整合成一個虛擬望遠鏡，等效口徑等同于地球大小，擁有超高分辨率與靈敏度，如此才能為黑洞拍攝“寫真”。

2019年拍攝M87星系黑洞的8個射電望遠鏡及天文臺 | Ewan O’Sullivan; Iztok Boncina /ESO; ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), C. Padilla; Sean Goebel; Joint Astronomy Centre; Sean Goebel

2022年，事件視界望遠鏡的觀測陣列已擴大到了11個臺站 | Thalia Traianou/EHT

為什么人馬座A*是一個黑洞，事件視界望遠鏡卻依然可以“看”到它？

通常情況下，被黑洞捕獲的物質沿著螺旋形的軌道墜入黑洞，這些物質在強大的引力下加速劇烈摩擦，釋放大量電磁波，勾勒出黑洞的陰影。望遠鏡拍攝到的，并非黑洞本身，而是它的“影分身”。

阿塔卡馬探路者實驗望遠鏡坐落在智利安第斯山脈的查南托高原，銀河系在天空中看起來像一團微弱發光的云，人馬座A*黑洞就潛伏在其中心 | Tafreshi/TWAN

EHT項目在M87黑洞首次成像后，就提出了下一代EHT計劃（即next generation EHT，ngEHT），希望在地球上布設更多的亞毫米波望遠鏡，增加觀測靈敏度及頻率覆蓋等，來提升黑洞成像的質量與速度，以拍攝更清晰的黑洞圖像和第一部黑洞視頻。

中國西部地區晴朗干燥遼闊，具備優良的觀測條件，如果未來能夠布設亞毫米波望遠鏡，或許能為觀測提供獨特的基線覆蓋。

事件視界望遠鏡就是這樣拍攝黑洞照片的 | EHT

我們和黑洞一樣，都是茫茫宇宙的一部分，同享或長或短的時光。求索真理是人類能做的最崇高的事情，即便鉆研科學的過程是漫長、艱苦的，但科學回饋的價值卻是永恒珍貴的。

黑洞“寫真”僅僅是一個開始，關于宇宙的更多奧秘，我們下個發現見！

作者：張卓越、王國燕

原標題：《首張銀河系中心黑洞照片公布，還是一個甜甜圈……》

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