宇宙首张黑洞照片揭晓，4个大问题迎刃而解

人类历史上首次看到黑洞的真实图像。这一成果是由事件视界望远镜取得的，该望远镜是一个由遍布全球的八个射电天文台组成的网络，自2012年以来致力于观测黑洞。

这张历史性图像将为解答困扰天文学家和物理学家多年的四个问题提供线索。

1. 黑洞的真实形状

黑洞名副其实。这些神秘物体不会发射电磁波谱中的任何光。，因此它们本身几乎是看不见的。

但天文学家通过研究黑洞对周围所有物质的引力，知道黑洞的存在。当黑洞吸入气体和尘埃时，这些物质会沉淀下来，形成一个绕轨道运行的吸积盘，其中的原子以极高的速度相互碰撞。

高速会引起碰撞并加热物质，因此它们会发射X射线和其他高能辐射。黑洞“贪婪的”宇宙中大多数恒星的圆盘比其所在星系中所有恒星的总和还要亮。

人类拍摄的第一张黑洞照片。

此前，计算机模拟和引力物理定律曾使天文学家能够将他们期望在真实图像中看到的东西可视化。由于黑洞附近的强大引力，来自黑洞盘的光会发生弯曲。事件视界，这样我们就能看到黑洞后面明亮圆盘的图像。

当实际图像出现时，它并不像电影中那样对称。来自圆盘内部的引力使光线向地球弯曲，比来自外部的引力更强，使得光环的一部分更亮。

2. 广义相对论应用于黑洞时的准确性

由此产生的光晕的精确形状可能有助于打破理论物理学中最棘手的僵局之一。

物理学的两大支柱是爱因斯坦的广义相对论和量子力学，广义相对论主宰着黑洞等大质量、引力较强的物体，而量子力学则主宰着亚原子粒子的奇异世界。

但这两种理论“不要互相玩耍”，每种理论只对特定尺寸的物质准确（爱因斯坦的理论不能应用于量子力学，反之亦然）。

广义相对论被困在黑洞（奇点）中，因此来自黑洞的图像可以指出理论需要完善的地方，从而将两大理论结合在一起。

由于黑洞是宇宙中最极端的引力环境，因此它们是检验引力理论的理想场所。如果广义相对论成立，黑洞将呈现一种形状；如果广义相对论不成立，黑洞将呈现另一种形状。科学家们从中学习了各种各样的知识。

美国亚利桑那大学物理学家莉亚·梅德罗斯和同事对超过 12,000 种不同的黑洞形状进行了模拟，这些形状与爱因斯坦的预测不同。

“如果真实图像与模拟有某种不同（即对引力起源有不同的假设），那么科学界就应该提前收到一份圣诞礼物。”她说。

3. 脉冲星是否围绕着银河系的黑洞？

检验黑洞周围广义相对论的另一种方法是观察它们周围的恒星。当光逃离黑洞附近的极端引力时，它的波会被拉伸，使光看起来更红。

这一过程被称为引力红移，是广义相对论所预测的，并且最近已被观测到。SgrA* 黑洞去年。截至撰写本文时，爱因斯坦仍然是对的。

最好的测试对象是脉冲星——一种旋转速度极快、以规律的速率发射辐射的熄灭恒星，因此被称为脉冲星。脉冲引力红移会扰乱脉冲星的节奏，因此人们需要研究相对论对这种扰动的预测。

研究人马座A*也意味着试图找到一颗围绕这个黑洞运行的脉冲星。夏洛茨维尔国家射电天文台的天文学家斯科特·兰瑟姆说道。

脉冲星 PSR J1745-2900（左）于 2013 年被发现，距离星系中心黑洞约 150 光年。

尽管进行了仔细的搜索，但在人马座A*附近仍未发现脉冲星，部分原因是星系中心的气体和尘埃散射了它们的光束，使它们难以探测。

但 EHT 拥有迄今为止整个无线电波长范围内黑洞中心的最佳图像数据，因此 Ransom 和同事希望能发现一些看不见的脉冲星。

“这就像一次钓鱼之旅，钓到大鱼的机会非常小””兰塞姆先生说。“但是，如果我们敢于这样做，结果绝对是值得的。”

4. 一些黑洞的超光速气体流

有些黑洞贪婪而凶猛，吞噬着大量的气体和尘埃，而另一些黑洞则挑剔得不行。没人知道个中原因，但人马座A*似乎是其中比较挑剔的一个，尽管它的质量是太阳的400万倍，但它的吸积盘却并不十分明亮。

EHT 的另一个目标是 M87 星系中的黑洞。它是一个贪婪的吞噬者，质量是太阳的 35 亿到 72.2 亿倍。它不仅周围有一个明亮的吸积盘，还喷射出一股绵延 5000 光年的带电亚原子粒子流。

德国波恩马克斯普朗克射电天文研究所的天体物理学家托马斯克里奇鲍姆说，这似乎有点误导，因为人们通常认为黑洞只是吞噬物质，而不是吐出任何东西。

许多其他黑洞产生的光束比星系更长更宽，星系可以从中心延伸数十亿光年。问题是：什么样的能量足够强大，可以将这些光束传送到如此远的地方？

以前的模拟都是通过计算机、3D算法而不是真实图像完成的。

EHT 对 M87 黑洞的测量将有助于估算其磁场强度。天文学家认为这与喷流的发射机制有关，而测量喷流接近黑洞时的特性将有助于确定其起源——是位于吸积盘的最内层，还是来自黑洞本身。

这些观测还可以揭示光喷流是由黑洞内部的某种物质发射的还是由吸积盘中移动的超快物质发射的。

由于喷流可以将物质从星系中心带入星系际空间，因此它们可以影响星系的演化方式，甚至影响星系内恒星和行星的形成位置。

克里奇鲍姆表示，这对于理解星系的演化至关重要，从早期黑洞的形成到恒星的形成，再到生命的形成。

“这是一个非常宏大的故事，其中对黑洞光的研究只是一小部分。”他说道。