天文学新时代的黎明

不久以前，拍摄黑洞的想法就像拍摄独角兽一样不切实际。现在，科学家们有了两个不同的超大质量黑洞的照片，它们看起来都像燃烧的甜甜圈一样神奇。

“我记得黑洞还是纯理论的时候，”史密森尼学会科学与研究副部长、美国国家航空航天局(NASA)前首席科学家艾伦·斯托芬(Ellen Stofan)在周四的一个后揭秘小组中说。在斯托芬的主持下，这次对话聚集了哈佛大学领导的科学家团队的四名成员，他们在2019年向世界展示了第一张黑洞的图像——一个被称为M87的庞然大物，以其星系梅西耶87命名。在小组讨论前几个小时，该团队分享了第二张图片——人马座a星(或Sgr a *)的特写，这个黑洞在我们自己的银河系中心吞食着光和宇宙碎片。

“毫无疑问，现在我们第一次看到了黑洞，”事件地平线望远镜合作组织的创始主任谢普·多尔曼说，该组织是一个由哈佛大学天体物理中心领导的100多名科学家组成的国际团队。史密森学会。“这是天文学新时代的黎明。”

在这个新时代，科学家们可以证明——或者反驳——爱因斯坦长期坚持的引力和相对论，找到地球2.0，或者发现通往另一个宇宙的虫洞。(后者对杜尔曼来说并不难，他厚颜无耻地说自己来自另一个宇宙。)

拍摄黑洞比听起来更难。要捕捉如此遥远的物体的图像，“你需要一个地球大小的望远镜，”EHT的工程师兼首席技术官卡里·霍沃斯(Kari Haworth)说。“我们没有这么做，因为那是不可能的，而且会破坏很多人的观点，”她说。

相反，研究人员通过协调安装在夏威夷、智利、墨西哥、西班牙、法国和其他地方的独立机器，将地球变成了一个巨大的望远镜。每支队伍都必须在同一时间拍摄一张照片。因为黑洞会吞噬一切靠得太近的东西——甚至光——所以它们是看不见的。但它们巨大的引力吸引并压缩了附近的光和碎片，形成了一个充满能量的旋转气体漩涡。Doeleman是这么说的:“把下落的物质变成光。”

这种亮度可以被看到和拍摄下来。一些被拉入黑洞引力场的光在逃逸并向地球方向发射之前会掉头或绕一圈，携带着来自哪里的图像。EHT小组的最后一张照片是由每台望远镜拍摄的照片合成的，并将它们叠在一起。为了整合所有这些数据——它们都是在非常精确的时刻捕捉到的光——该团队需要完成另一个奇怪的壮举。每个望远镜团队都冻结了他们的光，将其存储在硬盘上(它太大了，无法通过互联网发送)，然后用飞机把它送到一个中心位置。

M87是第一个得到恒星处理的黑洞，它比人马座a星大大约1000倍，也稳定得多，但得到的图像几乎是一样的，这对EHT和阿尔伯特·爱因斯坦来说是一场政变。爱因斯坦的理论认为黑洞只有三个特征——质量、自旋和电荷——而且没有“头发”(天体物理学家喜欢称其为额外的特性)。唯一的区别是人马座a星的图像有点模糊。天体物理学家保罗·提德说，我们星系的黑洞更挑剔，就像一个蹒跚学步的孩子一样烦躁不安，而且很难捕捉到不断变化的事物的清晰图像。另外，在我们和人马座a星之间有一些宇宙汤，这使得图像稍微模糊了一些。“即便如此，”提德说，“我仍然对这些图像的相似性感到震惊。”

对黑洞的描述，你可能会认为它们是贪得无厌的怪物，像浴缸的排水管一样吸进太空中的一切。不完全是。虽然它们是宇宙中最强大的物体——Doeleman说，将地球折叠成两半形成的黑洞可以为曼哈顿提供一年的能量——但它们并没有吞噬整个星系，只是扭曲了时空，使物体偏离了原定的轨道。

这是个好消息，因为EHT团队怀疑每个星系的中心都有一个超大质量的黑洞。但即使有了这些新图像，提德说，“我们对它们几乎一无所知。(当被问及黑洞为什么是甜甜圈形状时，他回答说:“因为它们很好吃。”)

“黑洞生活在我们当前物理学和天体物理学知识的前沿，”安吉洛·里卡特说，他把他的宠物黑洞波——一个有两只瞪眼的柔软的黑色球体——带到了小组讨论中。这些新图像已经帮助Ricarte和其他科学家研究围绕黑洞运行的过热气体的奇怪物理现象，以及这些庞然大物如何向任何方向喷射100万光年的这些气体。里卡特说，这些喷流可以帮助解释“我们宇宙起源的故事”，对我们的星系如何演变产生深远的影响，或者在非常大的理论与非常小的理论之间建立桥梁，以支持万物理论。他说:“在这种极端环境下，我们仍有很多事情不完全了解。”

为了获得更好的理解，Doeleman希望通过在绕地卫星上放置另一个成像设备来建造一个更大的望远镜。他还希望捕捉到比黑洞照片更令人兴奋的东西:黑洞的电影。他说:“如果我们能对物质的轨道计时，那将是对爱因斯坦理论的一个完全不同的检验。”

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