银河系中心黑洞的首张照片。EHT合作组织供图
记者 赵竹青
记者从中国科学院上海天文台获悉，北京时间2022年5月12日晚9点，事件视界望远镜(EHT)合作组织正式发布了银河系中心黑洞人马座A*(Sgr A*)的首张照片。这是EHT合作组织继2019年发布人类第一张黑洞照片，捕获了位于更遥远星系M87中央黑洞之后的又一重大突破。
此前，诺贝尔物理学奖颁给了“银河系中心黑洞的发现”。此次发布的照片则提供了该超大质量黑洞存在的直接视觉证据。
上个世纪，银河系中心黑洞被“发现”
上世纪50年代后期，随着全天射电源普查的开展，人们发现有一类强烈射电源的光学对应体看起来似乎是恒星，但是却有着让人难以理解的光学光谱，它们被天文学家称为类星体。类星体发现后，人们陆续提出各种模型来解释类星体的产能机制。在这些模型中，超大质量黑洞吸积物质产生的辐射逐渐成为被广为接受的解释。
上世纪60年代末，有科学家提出，许多星系在其中心都有一个质量高达百万倍到几十亿倍太阳质量的超大质量黑洞，并断言这样一个超大质量的黑洞是过去活跃的"类星体阶段"的残余物。同样，银河系也不应例外。两年后，银河系中心存在一个超大质量的黑洞的的观点被论证。科学家提出，通过甚长基线干涉测量(VLBI)技术很快就能确定银河系中心黑洞的大小。
此后的几十年间，人们直接探测该黑洞的渴望不断地助推技术的发展，使人类能够一步步地“接近”黑洞的边缘。
数十年的追逐，终于让黑洞“现形”
科研人员介绍，银河系中心黑洞距离地球有2.7万光年之遥，所以它的大小看上去与从地球上看38万千米远月亮上的甜甜圈大小差不多。
在VLBI技术发展的初期，由于当时射电望远镜的数目非常有限，需要在“正确”的观测波长并在“合适”距离的射电望远镜之间才能够探测到。随着VLBI技术及观测设备的发展，人们对这一黑洞开展了一系列的高辨率观测，尤其是近二十多年来在毫米波段开展的观测。
为了给它拍这张照片，研究团队创建了观测利器EHT，由分布在全球六地的八个射电望远镜组成的一个犹如地球那么大的虚拟望远镜。利用EHT开展了多个晚上的观测，每次连续采集了好几个小时的数据，就如同相机的长时间曝光。
研究人员介绍，此次发布的这张照片，是EHT团队从2017年的观测数据中提取出的不同照片“拼”成的。这张最终照片是通过将数千张使用不同计算方法得到的图像平均起来生成的，所有这些图像都可准确拟合EHT数据。
来自上海天文台的EHT合作成员路如森说：“确实，对银河系中心黑洞首次成像观测的数据分析耗费了EHT合作团队的巨大心血。”另一位来自上海天文台的EHT合作成员江悟补充道：“研究团队遍历了极大的成像参数空间，才得以确定这张黑洞照片。”
下一步研究计划：拍摄“黑洞电影”
由于EHT合作早在2019年就公布了首次M87黑洞成像的结果，此次对银河系中心黑洞的首次成像可以说是人们期待已久的。然而人们不禁会问，既然EHT在2017年4月几乎同时观测了M87*和Sgr A*，后者的“照片”为什么如此耗时呢？
研究人员告诉记者，这是因为Sgr A*周围的气体旋转速度更快，因而其亮度和图案的变化也更大，加之目前的望远镜基线覆盖仍然比较稀疏，多种因素叠加在一起使得“冲洗”这张照片的技术难度更大，EHT合作团队不得不开发更复杂的工具来消除这些影响。
据介绍，作为离人类最近的超大质量黑洞，银河系中心黑洞Sgr A*为我们提供了一个检验广义相对论和探索黑洞天体物理的独特实验室。随着此次首张银河系中心黑洞照片的发布，后续的工作将通过偏振观测数据来研究该黑洞周围的磁场，并近一步研究与观测到的X-射线耀斑活动有关的结构变化。
2017年之后，随着新望远镜的加入以及数据记录带宽的不断增加，EHT阵列的灵敏度也在不断得到提升。未来随着更多亚毫米波望远镜的加入，有望实现对其24小时不间断的接力成像观测，人类将最终能够实现对该黑洞周围物理环境的动态摄像。
“拍摄这样一部银河系中心黑洞的‘电影’，是下一代EHT的追求。”来自上海天文台的EHT合作国内协调人沈志强说。“我们正在规划建设中国的亚毫米波VLBI望远镜，以期参与到对Sgr A*的24小时不间断的接力观测中。”
