这是我们银河系中心的超大质量黑洞 射手座 A* 的第一张图像


天文学家首次捕捉到银河系中心超大质量黑洞的图像。

这是第一次直接观测到这个被称为 射手座 A* 的黑洞的存在，它是银河系跳动的心脏。

黑洞不发光，但图像显示了黑洞的阴影被一个明亮的环包围，这个环是由于黑洞的引力而弯曲的。天文学家表示，这个黑洞的质量是太阳的400万倍。

哈佛和史密森尼天体物理学中心的天体物理学家迈克尔·约翰逊在一份声明中说:“几十年来，天文学家一直想知道我们星系的中心是什么，它通过巨大的引力将恒星拉入紧密的轨道。”

“有了(事件地平线望远镜或EHT)的图像，我们已经把这些轨道放大了1000倍，在那里引力会增强100万倍。在这个近距离，黑洞将物质加速到接近光速，并在扭曲的(时空)中弯曲光子的路径。”

该黑洞距离地球约2.7万光年。我们的太阳系位于银河系的一个旋臂上，这就是为什么我们离银河系中心这么远。如果我们能在夜空中看到这个黑洞，那么它看起来就像月球上的甜甜圈一样大。

来自台北中央研究院天文与天体物理研究所的EHT项目科学家杰弗里·鲍尔在一份声明中说:“我们对这个环的大小与爱因斯坦广义相对论的预测如此吻合感到震惊。”

“这些前所未有的观测极大地提高了我们对银河系中心发生的事情的理解，并为这些巨大的黑洞如何与周围环境相互作用提供了新的见解。”

你所看到的是黑洞所在的中央黑暗区域，由巨大引力加速的超热气体发出的光环绕。

就尺度而言，这个环的大小大致相当于水星绕恒星运行的轨道。

它的直径约为6000万公里，或4000万英里。

幸运的是，这个怪物非常遥远——大约26000光年远——所以我们不可能遇到任何危险。

这幅图像是由一个名为Event Horizon Telescope (EHT)合作组织的国际团队制作。



这是他们在2019年发布了另一个名为梅西耶87(M87)星系中心的巨大黑洞的照片后拍摄的第二张这样的照片。这个物体比太阳大1000多倍，质量是太阳的65亿倍。

“但这幅新图像很特别，因为它是我们的超大质量黑洞，”EHT项目的欧洲先驱之一海诺·法尔克教授(Heino Falcke)说。

这位来自奈梅亨内梅亨大学的德荷科学家说：“这是‘我们的后院’，如果你想了解黑洞以及它们是如何工作的，它会告诉你，因为我们看到了复杂的细节。”

黑洞是什么？

黑洞是一个空间区域，在那里物质会向自身坍缩
引力如此强大，以至于任何东西，包括光，都无法逃脱
黑洞会在某些大恒星的爆炸消亡中出现
但有些确实很大，质量是太阳的数十亿倍
这些在星系中心发现的怪物是如何形成的还不得而知
但很明显，它们为星系提供了能量，并将影响其演化
表象的灰色地带
这幅画是技术上的杰作。必须是这样。

射手座 A*  简称Sgr A*，距离地球26000光年，是天空中的一个小针孔。辨别这样的目标需要惊人的决心。

EHT的诀窍是一种被称为甚长基线阵列干涉测量(VLBI)的技术。

从本质上说，它结合了一个由8个广泛分布的无线电天线组成的网络，来模拟一个地球大小的望远镜。


黑洞的质量决定了它的吸积盘或发射环的大小。这个洞位于中央亮度洼地。它的“表面”被称为视界，在这个边界内，即使是一束光线也会被时空曲率折回。吸积盘中较亮的区域是光向我们移动时获得能量的地方，据说是多普勒增强的地方

这种安排使EHT能够在天空中切割一个以微弧秒为单位的角度。EHT团队成员谈论的视觉清晰度类似于能够看到月球表面的百吉饼。

即便如此，从几拍字节(1 PB等于100万兆字节)收集的数据中构建一幅图像仍需要原子钟、智能算法和无数小时的超级计算。

黑洞弯曲或透镜的方式意味着除了“阴影”什么也看不见，但物质的光辉在黑暗中尖叫，并扩散成一个圆圈，被称为吸积盘，泄露了物体的位置。

如果你将这张新图像与之前的M87图像进行比较，你可能会想知道有什么不同。但有一些关键的区别。

研究小组成员、英国伦敦大学学院的Ziri Younsi博士解释说:“因为 射手座 A* 是一个小得多的黑洞——大约是它的1000倍——它的环结构在时间尺度上的变化要快1000倍。”“这是非常动态。你在拳击场上看到的‘热点’每天都在移动。”

如果你能以某种方式把自己带到银河系的中心，用对无线电频率敏感的眼睛观察这个场景，你将会看到什么，这从该团队的模拟中非常明显。

环中过热的、被激发的气体(或等离子体)正以极快的光速(30万公里/秒，或约19万英里/秒)围绕黑洞运动。较亮的区域很可能是物质向我们移动的地方，它的光发射在那里被激发，或“多普勒增强”。



射手座 A* 附近的这些快速变化是它比M87需要更长的时间来生成图像的部分原因。对数据的解读一直是一个更大的挑战。

这两个黑洞的望远镜观测数据实际上是在2017年初的同一时期获得的，但M87的尺寸更大，距离更远，为5500万光年，相比之下看起来是静态的。

科学家们已经开始在新图像中进行测量，以测试我们目前用来描述黑洞的物理学。到目前为止，他们所看到的完全符合爱因斯坦在他的引力理论，即广义相对论中提出的方程。

几十年来，我们一直怀疑银河系中心存在一个超大质量黑洞。还有什么能产生引力，使附近的恒星以24000公里/秒的速度在太空中加速(相比之下，我们的太阳以230公里/秒或140英里/秒的速度围绕星系滑行)?

但有趣的是，当诺贝尔奖委员会在2020年授予天文学家莱因哈德·根策尔和安德烈·盖兹物理学奖时，他们对 射手座A* 的研究只提到了“一个超大质量的致密物体”。这是一种回旋的空间，以防其他奇异的现象被证明是解释。

然而，现在可以毫无疑问了。


围绕 射手座 A* 运行的恒星以惊人的速度移动

今年8月，新的超级太空望远镜詹姆斯·韦伯(James Webb)将把目光转向 射手座 A* 。这个耗资100亿美元的天文台没有直接拍摄黑洞及其吸积环的分辨率，但它拥有极其灵敏的红外仪器，将为研究黑洞周围的环境带来新的能力。

天文学家将以前所未有的细节研究围绕黑洞旋转的数百颗恒星的行为和物理学。他们甚至会寻找该区域是否存在一些恒星大小的黑洞，以及不可见或黑暗物质聚集的证据。

“每次我们得到一个新的工具,可以把宇宙的更清晰的图像,我们尽力训练它在银河系中心,我们不可避免地学习很棒的东西,”杰西卡博士说,加州大学的助理教授,伯克利,我们将韦伯的活动。


詹姆斯·韦伯(James Webb)望远镜将研究 射手座 A* 周围的环境
EHT合作的结果发表在《天体物理学杂志通讯》的特刊上。

寻找黑洞

天文学家花了5年时间来捕捉和确认这幅图像和发现。此前，科学家观察到恒星围绕银河系中心一些看不见的大质量物体运行。

2020年诺贝尔物理学奖授予了科学家罗杰·彭罗斯、莱因哈德·根泽尔和安德里亚·盖兹，以表彰他们对黑洞的发现，包括盖兹和根泽尔共同发现的关于银河系中心物体质量的证据。

哈佛和史密森尼天体物理中心的理论天体物理学家拉梅什·纳拉扬在一份声明中说:“我们现在看到，黑洞正在吞噬附近的气体和光，把它们拉进一个无底洞。”“这张照片证实了数十年来理解黑洞如何进食的理论工作。”

这一发现是由来自80个机构的300多名研究人员与全球8个不同的射电望远镜组成的视界望远镜网络共同完成的。

该望远镜以“视界”(event horizon)命名，在这个点上，任何光线都无法逃离黑洞。这个全球望远镜网络本质上形成了一个“地球大小”的虚拟望远镜，当所有8个都连接在一起进行观测时。

这是迄今为止捕捉到的第二张黑洞图像，第一张是EHT在2019年拍摄到的位于5500万光年之外的梅西耶87星系中心的M87*。


这些面板展示了前两张黑洞图像。左边是M87*，右边是射手座 A*。

虽然这两张图片看起来很相似，但 射手座 A* 比M87*小1000多倍。

“我们有两个完全不同类型的星系和黑洞两种截然不同的质量,但接近这些黑洞边缘的他们看起来非常相似,“血清马尔柯夫说,过去科学委员会的联合主席和阿姆斯特丹大学的理论天体物理学教授,在一份声明中说。

“这告诉我们，(爱因斯坦的)广义相对论控制着这些近距离的物体，我们在更远的地方看到的任何差异肯定是由于黑洞周围物质的差异。”

捕捉不可能的图像

尽管银河系的黑洞离地球更近，但要对其进行成像却困难得多。

“黑洞附近的气体在 射手座 A* 和 M87* 周围以相同的速度移动 - 几乎与光速一样快，”管家天文台和天文学系的 EHT 科学家陈志坤和亚利桑那大学数据科学研究所在一份声明中说。

“但是在气体环绕较大的 M87* 运行需要数天到数周的情况下，在小得多的 射手座 A* 中，它只需几分钟就能完成一个轨道。这意味着当EHT合作小组观察 射手座 A* 时，它周围气体的亮度和模式正在迅速变化——有点像试图拍摄一张快速追着尾巴的小狗的清晰照片。”


如果超大质量黑洞M87*和 射手座 A* 相邻， 射手座 A* 就会被质量超过1000倍的M87*相形见绌。

全球天文学家必须开发新的工具，以允许气体在 射手座 A* 附近快速移动。最终的图像是团队拍摄的不同图像的平均值。加州理工学院的研究人员表示，拍摄 射手座A* 的照片就像在纽约用洛杉矶的相机拍下一粒盐。

“这张来自事件地平线望远镜的图像需要的不仅仅是从高高的山顶上的望远镜拍摄的照片。它是具有技术挑战性的望远镜观测和创新计算算法的产物，”罗森博格学者、加州理工学院计算和数学科学、电气工程和天文学助理教授凯瑟琳·鲍曼在新闻发布会上说。

博曼还致力于捕捉2019年分享的M87*图像。尽管 射手座 A* 的图像可能看起来很模糊，但“这是迄今为止拍摄的最清晰的图像之一，”博曼说。

每台望远镜都被推到了极限，这被称为衍射极限，或它能看到的最大精细特征。

约翰逊在新闻发布会上说:“这基本上是我们现在看到的水平。”“它是模糊的，因为要获得更清晰的图像，我们需要将望远镜移得更远，或进入更高的频率。”

在地平线上

有了两个完全不同的黑洞的图像，天文学家就可以确定它们的异同，更好地了解超大质量黑洞周围气体的行为方式，这可能有助于星系的形成和演化。人们认为，黑洞存在于大多数星系的中心，就像为它们提供动力的引擎。


射手座 A* 位于银河系的中心，而M87*距离地球超过5500万光年。

与此同时，EHT团队正在努力扩大望远镜网络，并进行升级，这可能会在未来产生更令人惊叹的黑洞图像，甚至电影。

捕捉一个运动中的黑洞可以展示它是如何随时间变化的，以及气体围绕黑洞旋转时的变化。博曼和EHT成员安东尼奥·富恩特斯(Antonio Fuentes)正在开发一种方法，使他们能够将黑洞的图像拼接在一起，以反映这种运动。富恩特斯将于10月加入加州理工学院，成为一名博士后研究员。

Feryal Özel, EHT科学委员会成员，天文学和物理学教授，亚利桑那大学研究副院长，在新闻发布会上说，“这是我们星系中心的第一张温和的巨人的直接图像”，这只是一个开始。

美国国家科学基金会主任Sethuraman Panchanathan在一份声明中说:“这张照片证明了我们可以做到什么，当作为一个全球研究团体，我们汇集最聪明的头脑，使看似不可能的事情成为可能。”“当我们为了全人类的更大利益团结在一起时，语言、大陆甚至是星系都无法阻挡人类所能完成的事业。”