“組合”全球望遠鏡拍照
廣義相對論預(yù)言，雖然黑洞本身不發(fā)光，但因為黑洞的存在，周圍時空彎曲，氣體被吸引下落。氣體下落至黑洞的過程中，引力能轉(zhuǎn)化為光和熱，因此氣體被加熱至數(shù)十億攝氏度。黑洞就像沉浸在一片類似發(fā)光氣體的明亮區(qū)域內(nèi)，看起來就像陰影，陰影周圍環(huán)繞著一個由吸積或噴流輻射造成的如新月狀的光環(huán)。
中國科學院上海天文臺研究員路如森說：“對黑洞陰影的成像將提供黑洞存在的直接視覺證據(jù)。這就必須要保證望遠鏡足夠靈敏，能分辨的細節(jié)足夠小，從而保證看得到和看得清。”
但滿足上述所有條件，望遠鏡的口徑需要像地球直徑長度。然而，目前地球上已有的單個望遠鏡最大口徑也只有500米。該怎么辦？天文學家們想到了一個好辦法——強強聯(lián)合。把地球上現(xiàn)有的一些望遠鏡“組合”起來，就能夠形成一個口徑如地球直徑長度的“虛擬”望遠鏡，其所達到的靈敏度和分辨力都是前所未有的。于是，全球超過200名科學家達成了“事件視界望遠鏡”這一重大國際合作計劃，決定利用甚長基線干涉測量技術(shù)。
中科院上海天文臺臺長、研究員沈志強說：“這一技術(shù)就是利用多個位于不同地方的望遠鏡在同一時間進行聯(lián)合觀測，最后將數(shù)據(jù)進行相關(guān)性分析之后合并，在射電波段已相當成熟。”距離地球有2.7萬光年之遙的銀河系中心黑洞人馬座A＊照片，最終就是由分布在全球六地的8個射電望遠鏡組成的一個猶如地球那么大的虛擬望遠鏡拍攝而成的。
提供了直接視覺證據(jù)
科學家之前已觀測到眾多的恒星圍繞著銀河系中心一個不可見的、致密的和質(zhì)量極大的天體作軌道運動。這已強烈暗示這個被稱作人馬座A＊（Sagittarius A＊：Sgr A＊）的天體是一個黑洞，而今天發(fā)布的照片則提供了首個直接的視覺證據(jù)。
路如森說：“事件視界望遠鏡對Sgr A＊開展了多個晚上的觀測，每次連續(xù)采集了好幾個小時的數(shù)據(jù)，就如同相機的長時間曝光。”
盡管Sgr A＊離我們更近，但這項成果的得來卻比M87＊艱難得多。路如森解釋，黑洞周圍的氣體均繞著Sgr A＊和M87＊高速旋轉(zhuǎn)。氣體繞轉(zhuǎn)M87＊一周需要幾天到數(shù)周時間，但對于相對小很多的Sgr A＊來說，幾分鐘內(nèi)氣體即可繞轉(zhuǎn)一周。“這意味著就在EHT觀測Sgr A＊之時，該超大質(zhì)量黑洞周圍繞轉(zhuǎn)氣體的亮度和圖案也在時刻快速變化著，這對拍照的技術(shù)和水平提出了考驗。
為此，研究人員不得不開發(fā)新的工具來考慮圍繞Sgr A＊的氣體運動。Sgr A＊的照片是研究團隊提取出的不同照片平均后的效果，最終展現(xiàn)關(guān)于我們銀河系中心的超大質(zhì)量天體真面目的肖像。
未來要對準更多目標源
2019年4月10日，事件視界望遠鏡合作組織曾公布人類歷史上拍攝的第一張黑洞照片。這一形狀酷似“甜甜圈”的黑洞被稱為M87＊，其直接成像幫助人類確認了“黑洞”的存在，也驗證了愛因斯坦廣義相對論的正確性。
2021年3月24日，事件視界望遠鏡合作組織又公布了黑洞在偏振光中的珍貴影像資料。不僅在黑洞首次成像的基礎(chǔ)上提高了清晰度，同時發(fā)現(xiàn)黑洞周圍有一個密度較小、厚度更大的“蓬松”環(huán)，而不是一個高密度的薄盤。
相比于2017年，事件視界望遠鏡合作組織在2018年已經(jīng)增加了3個新的臺站。事件視界望遠鏡的持續(xù)擴展和技術(shù)革新將使得科學家可以分享更引人注目的照片，包括在不久的將來的黑洞“電影”。
“拍攝一部銀河系中心黑洞的‘電影’，是下一代事件視界望遠鏡的追求。”沈志強說，“我們正在規(guī)劃建設(shè)中國的亞毫米波VLBI望遠鏡，以期參與到對Sgr A＊的24小時不間斷的接力觀測中。”
我國科學家長期關(guān)注高分辨率黑洞成像研究。此次的事件視界望遠鏡合作中，我國科學家積極參與早期事件視界望遠鏡國際合作的共同推動、事件視界望遠鏡觀測時間的共同申請、夏威夷JCMT望遠鏡的觀測運行、后期數(shù)據(jù)處理分析等。
沈志強說：“我們還將望遠鏡對準其他目標源，制作更多‘甜甜圈’。因其他‘甜甜圈’更迷你，所以需要更高的角分辨率，建設(shè)空間望遠鏡可以實現(xiàn)這一目標。”
“未來，我們非常希望能夠參與到下一代事件視界望遠鏡的國際合作中，能夠做出更大貢獻。在觀測和理論方面，我們都會有一定的部署和計劃。”中科院上海天文臺副臺長袁峰說。
