“这张黑洞新照片，象征着全人类的团结”

本文来自微信公众号：新智元 （ID：AI_era），编辑：David，原文标题：《银河系心脏内怪兽曝光！人类第二张黑洞照片公布，距离仅2.7万光年》，题图来自：EHT

北京时间昨晚21时，人类历史上第2张黑洞照片诞生！

此次发布的黑洞照片是银河系中心的超大质量黑洞，名为“人马座A*”，这也是人类首次拍到离我们“很近”的位于银河系中心的超大质量黑洞。

发布这个重磅消息的是国际合作研究组织“事件视界望远镜”（EHT），正是这个组织，在3年前的 2019 年 4 月公布了人类拍摄的第一张黑洞照片，该黑洞被称为“M87*”。

之后，科学家又探究了与 M87* 相关的极端磁场，进一步了解了黑洞周围的环境。

这两张照片都是通过将全球多个射电观测站连接起来，形成一个“地球大小”的虚拟望远镜，在多个时段收集了许多小时的海量数据，最后“拼”成的。

都是“甜甜圈”，区别在哪？

这张新图片可能看起来与2019年的M87*非常相似，都像一个烤红的甜甜圈，但实际上，这两个黑洞的质量和周围的星系类型都有很大差别。

黑洞本身是完全黑暗的，但黑洞本身被一团明亮的发光气体环所包围，受到黑洞的巨大质量的影响，气体环被黑洞产生的引力所扭曲，同时不断消耗这些气体。

据研究人员测算，此次新拍出的“人马座A*”位于银河系中心区域，消耗气体的速度比M87*慢得多，而M87*位于一个巨大椭圆星系的中心，并喷射出强大的等离子体。

具体而言，M87*的质量相当于65亿个太阳，人马座A*只相当于400万个太阳，前者的范围半径高达105亿公里，后者只有2200万公里。

M87*距离地球非常遥远，达到5500万光年，而人马座A*可以说就在我们“自家门口”，距离地球仅27000光年。

为啥这个黑洞离得近，却更难拍？

不过，虽然人马座A*离我们近得多，但要给它拍照，却比M87*要困难得多。

其中一个主要原因是：周围物质绕人马座A*旋转速度太快。

人马座A*周围的物质在短短几分钟内就绕它转一圈，M87*周围的物质则要几天到几周的时间，这导致人马座A*周围气体的亮度和模式变化极快。打个比方来说，就像 “试图拍一张追着自己尾巴飞跑的小狗的清晰照片”一样困难。

在二者的体量对比上，研究人员做出了一个形象的比喻。

“如果人马座A*真的就是一个甜甜圈那么大，那么M87*就相当于一座足球场。不过，无论大小或周围环境如何，有一点是一样的，一旦你到达黑洞的边缘，引力就会接管一切。”

除了变化速度更快之外，对人马座A*拍照的另一个难题是，目标太小。

人马座A*的质量只相当于M87的黑洞的不到千分之一，从体积上看，它只比太阳宽30倍左右，所以尽管距地球比M87*近得多，但是却更难捕捉。

而且，由于围绕人马座A*的物质较少，人马座A*也显得比较暗淡。

斯坦福大学的天体物理学家Roger Blandford说：“人马座A*周围的质量供应非常低，从本质上说，它已经快被饿死了。”

为了解决“照片难拍”的问题，EHT使用了名为“甚长基线干涉测量法”的技术来生成黑洞图像。

研究人员将分布在从南极到西班牙世界各地的多个天文台的视图进行结合，实际上将地球变成一个巨大的虚拟望远镜。

全球八个天文台参与了此次观测，包括（左上角起，顺时针方向）墨西哥的大型毫米波望远镜；南极望远镜（图中绿色为极光）；亚利桑那州格雷厄姆山上的亚毫米波望远镜；以及夏威夷大岛毛纳克亚山顶的亚毫米波阵列

就像光学望远镜上更大的镜面可以提供更好的视野一样，这个有着地球大小的虚拟望远镜的巨大镜面，让捕捉到人马座A*黑洞的图像成为可能。

300多人耗时5年，数据塞满1000多块硬盘

尽管如此，这次公布的这个新的“甜甜圈”照片，也花费了研究人员整整5年时间。

实际上，这张新图和3年前的M87*一样，都是2017年拍摄的。分布在世界各地的八台望远镜在连续10个晚上收集了人马座A*的视图。

而耗时最久则的是海量信息数据的收集和处理。哈佛-史密森尼天体物理学中心的EHT数据科学家Lindy Blackburn表示，收集的信息量非常大，无法在互联网上发布。

装满数据1000多个特制硬盘被运回两个处理设施，一个在波士顿附近的Haystack天文台，另一个在德国波恩的马普射电天文研究所。

这些海量数据经过超级计算机的整合分析，用人工智能算法对比补足，编纂了前所未有的黑洞模拟数据库与观测结果进行严格比对，最终耗时5年才最终发布。

此次人马座A*图片的发布，是全球科学研究人员共同合作的结果。据统计，全球共有80多家科研机构的300多名研究人员参与了本次合作研究。

中科院上海天文台在社交媒体上发文称，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。最终照片保留了在所有不同图像中更常见的特征，并抑制了不常见的特征。

此次上海天文台的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。”

“从一到二”，本身就是飞跃

实际上，这次人马座A*的这张照片的诞生，是人类科学家几十年来观察的最终结果。

1918年，天文学家哈洛·沙普利首次注意到恒星向银河系中心聚集，这是我们对其存在的首次试探性暗示。

后来的观测发现了来自该处的强大的无线电辐射，指出了一个巨大而紧凑的物体的存在，很可能是一个黑洞。这正是爱因斯坦的广义相对论所预测的现象。

德国法兰克福歌德大学的理论天体物理学家、EHT董事会成员Luciano Rezzolla表示：“它有一个美丽的轨迹。这是大自然给我们的一份礼物”。

现在，在获得了第二张黑洞的照片之后，科学家们将进一步探测黑洞的复杂性，并可以更方便地和三年前拍摄的M87*进行比较。

天体物理学家萨拉-加拉格尔（Sarah Gallagher）说：“从一到二是个很大的飞跃”。

而且，与三年前M87*的照片不同的是，这次的目标要近得多。

观察人马座A*的感受会有很大不同。但对许多人来说，这是一个让我们着迷已久的天体，而现在，它就在我们眼前，它的舞蹈让我们眼花缭乱，因为“这里就是我们的家。”

和研究人员的感受相比，一位知乎网友的感受则更加“感性”。

“在这个疫情反复、国与国之间分歧不断的年代，这虽然是个黑洞，但我却觉得它象征着人类的团结”。

格局大了。

参考资料

https://www.quantamagazine.org/black-hole-image-reveals-sagittarius-a-20220512/

https://www.technologyreview.com/2022/05/12/1052145/this-is-the-first-image-of-the-black-hole-at-the-center-of-our-galaxy/

https://news.mit.edu/2022/first-supermassive-black-hole-sagitarrius-0512

https://www.zhihu.com/question/530632972

https://mp.weixin.qq.com/s/8XA4x-2qzci-Dt4vQNNRQg

本文来自微信公众号：新智元 （ID：AI_era），作者：编辑：David