18世纪末期,一位英国的业余天文学家米歇尔给著名科学家卡文迪许的一封信中,猜想了宇宙中会不会存在一种完全黑暗的天体,哪怕是光线也无法从这一天体的表面逃逸,米歇尔把这一天体称为“暗星”。无独有偶,法国著名科学家拉普拉斯在《天体力学》一书中也提出了“暗星”的概念,他认为宇宙中存在一种引力极大的天体,光线也无法逃脱这么强的引力。
米歇尔和拉普拉斯设想的“暗星”就是黑洞的前身,不过,严格意义上的“黑洞”概念源于阿尔伯特.爱因斯坦提出的广义相对论,1916年,德国天文学家卡尔.史瓦西(Karl Schwarzschild)从爱因斯坦的引力场方程中获得了一个“真空解”,这一“真空解”意味着,若极大量的物质集中于极微小的空间中,则集中点的周围会生成一个界面——即“事件视界”——一旦进入“事件视界”中,包括光线在内的一切物质也无法逃脱。此后,美国物理学家约翰.惠勒(John Archibald Wheeler)把这一奇异的天体命名为“黑洞”。因光线无法逃脱黑洞的吸引,人们一直也无法直接观测到它,更不要说一窥它的“真容”,不过,“事件视界望远镜”(简称“EHT”)研究项目的负责人宣布,他们将在北京时间今年4月10日晚9点,公布人类拍摄到的首张黑洞照片。
(黑洞)
因为黑洞的特性,各式各样的天文望远镜无法直接的观测黑洞,天文学家们不得不采用一种间接的方式来探寻黑洞,比如观测黑洞的“吸积盘”和“喷流”。紧密的双星系统中,质量较大的恒星会演变为黑洞、而质量较小的恒星则演变为“红巨星”,黑洞会把红巨星的气体吸引到身边,进而产生了一个围绕黑洞旋转的气体盘,这就是“吸积盘”。若黑洞吸积的气体太多,尚未落入“事件视界”的一部分气体会沿着旋转的方向抛射而出,进而生成了“喷流”。因为气体高速运动和相互摩擦会产生光亮和辐射,所以“吸积盘”和“喷流”这两种天文现象很容易被天文望远镜发现,黑洞的藏身之处就暴露无遗了。
2017年4月5日至14日之间,全球30多个研究机构的科学家们开展了一项前所未有的庞大观测计划,他们把8个射电望远镜阵列(它们分布于全球的不同地区)组成一个“虚拟望远镜网络”,它就是“事件视界望远镜”(Event Horizon Telescope,简称“EHT”),其有效口径尺寸与地球直径不相上下。
(黑洞)
通过甚长基线干涉测量技术(简称“VLBI”),科学家们使8个射电望远镜阵列同时观测一个天体,模拟一个巨型射电望远镜的观测效果——这一巨型射电望远镜的口径大小,取决于8个射电望远镜系统中最远的两个望远镜之间的距离,距离越远、口径越大,而口径越大、分辨率越高。最终,科学家们选定了银河系中心的黑洞Sgr A和星系M87中的黑洞为拍摄对象,使用“事件视界望远镜”对它们进行了拍摄。
“冲洗”这些照片并不容易,科学家们需要处理海量的数据、也要克服一系列的技术难题,含辛茹苦的攻坚将近两年的时间,他们才取得了这一划时代的成果。这些照片将是黑洞存在的第一批直接证据,永久性的载入科学史册。
(黑洞)
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