北京时间2019年4月10日晚9点,人类通过EHT(Event Horizon Telescope,事件视界望远镜)拍摄的首张黑洞的“照片”公布了。这不是我亲历的第一场新闻发布会,但无疑是最让人澎湃的。在发布会之前,我已经从参与EHT项目的老师口中或多或少地窥探到了照片的芳影。当时听到这句话时,我脑海里第一时间浮现出来的就是《星际穿越》里的那个超大质量黑洞“卡冈图雅”。
此前,天文学及物理学研究者都知道,黑洞是存在的,只是由于广义相对论效应,我们看不到它而已。那么,既然看不到黑洞,我们是怎么知道它的存在的呢?故事要从1783年,英国地质学家米歇尔向英国皇家学会提交的一篇论文说起。一百多年后,1915年,爱因斯坦提出了广义相对论。一年后,1916年,卡尔·史瓦西在一战的战壕中找出了广义相对论的一个没有自旋的球对称天体的引力场方程的解。
对于黑洞,我们可以简单地理解为,因为连光也无法逃出它的魔爪,这也就意味着在光学上我们没办法看到黑洞的模样。长久以来,天文学家们都抱着极大的热情来搜寻黑洞这一看不见的怪物。天文学家估计,在宇宙中应该存在着相当数量的黑洞,但估计毕竟只是估计,在完全看到他们之前我们也不敢保证就是对的,因为目前对黑洞的搜寻效果甚微。目前天文学家一般是通过致密星的质量来区分的。
天文学通过计算发现,中子星的质量上限是3倍的太阳质量,如果致密星超过这一上限,那么必为黑洞。近些年的观测表明,基本上每个星系的中心都存在一个超大质量的黑洞,我们的银河系也不例外,银心存在一个名为Sgr A*的超大质量黑洞。EHT的观测实际上就是以M87和Sgr A*为首要目标的。从这次发布会上EHT公布的照片中,我们可以看到,有一圈光环,光环内部是一团阴影。
这个光圈并不是对应着EHT的名称中的“EH”——黑洞事件视界面,而是黑洞的光子捕获半径。很多人(包括很多天文学家),都会把光子捕获半径这个概念与另一个概念相混淆,这个概念叫做最内稳定圆轨道。EHT是在射电波段对黑洞进行的“拍摄”,而射电辐射主要是从光子环上发出来的,所以我们可以看到一个明亮的光圈。而光圈内部的黑影,就是黑洞本尊所处的位置。EHT项目带给我们的远非一张照片那么简单。
这张照片的背后是十几个国家和地区、二百多名科学家共同奋斗两年的成果,是自米歇尔开始三百多年对“暗星”的求索,是全球八台射电阵列、共计10PB的数据,是无数人类对未知的好奇。