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年以来一直致力于观测黑洞。

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

黑洞正如其名称所暗示的那样。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其周围所有物质施加的引力，知道黑洞的存在。当黑洞吸入气体和尘埃时，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”宇宙中大多数圆盘的亮度都比其所在星系中所有恒星的亮度总和还要高。

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直观地看到他们期望在真实图像中看到的东西。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。使光线从圆盘内部向地球弯曲的引力比外部更强，使得圆盘的一部分更亮。

2. 广义相对论应用于黑洞的准确性

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，前者主宰黑洞等质量大、引力强的物体，后者主宰亚原子粒子的奇异世界。

但这两种理论“不要互相玩耍”，每种理论只对某些尺寸的物质准确（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显示该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，它们是检验引力理论的理想场所。如果广义相对论成立，黑洞会以某种方式呈现；如果广义相对论不成立，黑洞会以另一种方式呈现。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 Lia Medeiros 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存在某种差异（即对引力起源有不同的假设），那么科学界就提前收到了一份圣诞礼物。”她说

3. 脉冲星围绕着银河系黑洞吗？

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——一种已灭绝的恒星，它旋转得如此之快，并以规律的节奏发射辐射，因此得名。脉冲引力红移会扰乱脉冲星的节奏，因此人们需要研究这种扰动的相对论预测。

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。

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，部分原因是银河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 拥有迄今为止黑洞中心整个射电波长范围内最好的成像数据，因此 Ransom 和同事希望能发现一些尚未被发现的脉冲星。

“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

有些黑洞贪婪凶猛，如同怪物，吞噬大量气体和尘埃，而另一些则挑剔无比。没人知道个中缘由，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，还向外喷射出一股绵延 5,000 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学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喷流比星系更长更宽，可以从其中心延伸数十亿光年。问题出现了：什么样的能量足够强大，可以将这些光束传送到如此遥远的地方？

以前的模拟都是通过计算机、3D算法完成的，而不是真实的图像。

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物还是由吸积盘中快速移动的物质发射的。

由于喷流可以将物质从银河系中心带入星系际空间，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。

克里奇鲍姆认为，这是理解星系演化的关键，从早期黑洞的形成到恒星的形成，再到生命的形成。

“这是一个非常大的故事，其中对黑洞光的研究只是一小部分。”他说道。