黑洞照片怎么拍的 黑洞预习资料：怎么拍黑洞的照片？怎么寻找黑洞？

将联合召开新闻发布会，宣布这一重大科学成就。

届时，该报的新闻发布会将在上海天文台的新闻发布会上带来快递。读者不妨在等待“吃瓜”的同时，快速预览一下这个黑洞研究的相关背景资料。

电影星际穿越当中的黑洞，周围的亮环是由气体构成的吸积盘（图片来源：电影《星际穿越》）电影《星际》中的黑洞，其周围的亮环是由气体组成的吸积盘

问:什么是黑洞？

答:根据爱因斯坦引力场方程，如果大量物质集中在空之间的一个点上，奇点周围就会形成时间空扭曲的“视界”。一旦进入这个界面，即使是光子也无法逃脱。

这个预言是1916年提出的，但直到1967年普林斯顿大学核物理学家约翰？惠勒在一次演讲中第一次使用了“黑洞”这个词，并迅速传播开来。

问:既然看不见，怎么拍黑洞的照片？

答:虽然科学家看不到黑洞本身，但可以追溯到光子消失的“视界”，这是我们可以“看到”的极限。

黑洞周围确实存在一些发光现象。比如黑洞在吞噬周围恒星时，会撕裂周围恒星的气体，形成旋转吸积盘。有时黑洞会打嗝，一部分吸积气体沿着旋转方向被甩出去，形成喷流。

吸积盘和喷流都会由于气体摩擦产生其他频段的强光和辐射。

问:如何找到黑洞？

答:科学家可以通过黑洞对周围天体的影响间接感受到黑洞的存在，尤其是它巨大的引力所导致的时间空扭曲，就像通过月球的轨道和速度间接估算地球的质量一样。

其次，上面提到吸积盘和喷流会产生发光，伴随着其他频段的辐射。

最后，一个黑洞与其他天体或另一个黑洞的相互作用会产生大量引力波，这也是一个可探测的线索。

问:有没有确认存在的黑洞？

答:是的。人类探测到的第一个引力波信号是由两个黑洞结合产生的。

人类发现的第一个强大的黑洞候选天体是1964年发现的天鹅座X-1，距地球约6000光年。天鹅座X-1有一个正在被它吃掉的“舞伴”，但是它的伴星质量比它本身大，引起了广泛的争议。它的身份已经悬而未决很久了，霍金在这上面赌了。科学家后来测量到，天鹅座X-1的质量约为14.8个太阳，视界半径为300公里，应该是一个饭量很小的黑洞。

目前科学家们比较关注的一种黑洞候选系统是软X射线瞬态源。这种系统包含一个小质量的舞伴，通常处于安静状态，但会有间歇的X射线爆发，间隔从几个月到几十年不等。间歇性爆发是探测黑洞的好时机。

根据理论计算，银河系应该有几千万个黑洞，只有20个被证实。

问:这次拍的是哪个黑洞？

答:两个超大质量黑洞。一个是位于银河系中心的黑洞Sgr A*，另一个位于处女座的M87星系中心。这两个目标被选择而不是银河系中最近的恒星黑洞，因为它们的视界离地球足够大。

长期以来，科学家们发现数千亿颗恒星围绕银河系中心旋转，推测那里有一个超大质量的天体。据计算，Sgr A*的质量约为400万个太阳，视界半径约为2400万公里。听起来够大，但既然银河系中心的黑洞距离我们25000光年，那么实际效果就相当于在地球上观测月球上的一个橙子，或者在北京的上海看到高尔夫球上的一个小洞。

M87中心的超大质量黑洞已经达到太阳质量的66亿倍，其视界约为冥王星的三倍。当然，因为距离更远，M87中心黑洞对地球的实际作用可能和Sgr A*差不多。

问:怎么才能拍出这么高分辨率的照片？

答:全球望远镜组成一个阵列进行联合观测，形成一个有效孔径等于地球直径的大型望远镜。这个虚拟望远镜被称为事件视觉望远镜，由八个望远镜组成。它们是:南极望远镜；阿塔卡马大毫米阵列位于智利；阿塔卡马探路者实验)；在智利；墨西哥的大型毫米望远镜；位于美国亚利桑那州；夏威夷的詹姆斯·克拉克·麦克斯韦望远镜；亚毫米阵列)；在夏威夷；西班牙毫米波射电天文研究所的30米毫米波望远镜。他们在2017年4月共同观察了两个黑洞目标。

自2018年以来，格陵兰望远镜、法国IRAM NOEMA天文台和美国风筝峰国家天文台加入了后续研究和校准工作。

全球有60多家研究机构参与研究，包括中科院上海天文台、云南天文台、华中科技大学、南京大学、中山大学、北京大学、中科院、台湾大学等高校。这也是上海和台北联合举办发布会的原因。

问:为什么2017年拍的照片现在发布？

答:黑洞照片难“拍”，难“洗”。虚拟大望远镜阵列并不直接捕捉黑洞的图像，而是给出大量的数据，这些数据必须经过复杂的计算机处理。有一些缺失或者模棱两可的部分，需要科学家来做拼图。

此外，在2017年4月的联合观测后，研究小组还开展了一些数据收集和校准工作。