2022.5月12日晚
位于銀河系中心的超大質(zhì)量黑洞的
首張照片公布
△銀河系中心黑洞的首張照片！（EHT合作組織提供）
這張照片由事件視界望遠(yuǎn)鏡（EHT）合作組織
這個(gè)國際研究團(tuán)隊(duì)
通過分布在全球的射電望遠(yuǎn)鏡
組網(wǎng)“拍攝”而成
看到這張銀河系中心黑洞照片
我們都感覺非常興奮
因?yàn)榫嚯x2019年4月10日
人類首張黑洞照片發(fā)布
已經(jīng)過去了3年
而今
這張寶貴的照片又為我們
提出了更多的問題
等待我們?nèi)ヌ剿骱桶l(fā)現(xiàn)
問題一：銀心黑洞質(zhì)量更大，距離地球更近，第一張黑洞的照片為什么不是銀心黑洞？
自從2019年看到人類首張黑洞照片（M87中心黑洞照片），人們對于自己的銀河系中心黑洞的照片念念不忘。
在2017年拍攝之后，先是2年之后的2019年，得到了距離我們5500萬光年的M87的黑洞照片，這是我們唯一一次清楚看到黑洞的樣子。相比較銀河系黑洞而言，M87黑洞有極大的優(yōu)勢，它的轉(zhuǎn)動(dòng)軸只有17度，幾乎是沿著它的轉(zhuǎn)軸方向去看，幾乎沒有什么遮擋，所以我們就相對比較容易看到M87黑洞的照片。
△M87中心黑洞照片（EHT合作組織提供）
銀河系的超大質(zhì)量黑洞位于銀河系中心，是我們自己星系的超大質(zhì)量黑洞?？隙ㄓ腥藭?huì)覺得，既然就在咱們身邊，拍起來難道不是更容易嗎？
實(shí)際上，正如那句詩說的，“不識(shí)廬山真面目，只緣身在此山中”。雖然這個(gè)黑洞位于銀河系的中心，我們自己卻處于銀河系內(nèi)部，拍起來更不容易。
我們借助于光學(xué)之外的射電和紅外波段，以及其他的星系，逐漸認(rèn)識(shí)了我們的星系。雖然我們銀河系本身的黑洞（被稱為Sgr.A*）離得近，但是因?yàn)檎趽醯木壒?，?shù)據(jù)處理起來更困難，也更加費(fèi)時(shí)，所以，“拍照”需要更多的時(shí)間。
不過，等待也讓這張照片的發(fā)布更加激動(dòng)人心，因?yàn)檫@是我們自己銀河系中心的黑洞照片！這也是EHT合作組織繼2019年發(fā)布人類第一張黑洞照片，捕獲了位于更遙遠(yuǎn)星系M87中央黑洞（M87*）之后的又一重大突破。
問題二：這張銀心黑洞照片怎么拍的？跟M87星系中心黑洞照片的拍攝相比，有哪些新手段？
眾所周知， M87幾乎是處于轉(zhuǎn)軸的方向，而我們是處于銀盤之上，所以與M87相比較來說，銀心黑洞在成像時(shí)會(huì)受到很多的遮擋。比如，在光學(xué)波段去觀察銀河系時(shí)，我們會(huì)看到很大的塵埃等氣體的遮擋，這個(gè)時(shí)候就必須利用波長更長的紅外或射電波段。目前成熟的是毫米波和亞毫米波波段，也就是視界面望遠(yuǎn)鏡，值得一提的是，它利用全球不同的亞毫米和毫米波望遠(yuǎn)鏡組成了一個(gè)陣列，口徑可以達(dá)到上萬公里。
這張照片與2019年所拍攝的M87的照片非常類似，都是利用全球8個(gè)不同的毫米波望遠(yuǎn)鏡，或者簡稱為eventhorizon telescope來拍攝的。
這個(gè)龐大的望遠(yuǎn)鏡組合分別為：位于智利的ALMA（Atacma Large Milimiieter/SubmeterArray，阿卡塔瑪大型毫米亞毫米陣列），位于南極的SPT（South Pole Telescope）， 美國夏威夷的SMA（Submilleter Array），墨西哥的LMT（Large Millimeter Array，大型毫米波望遠(yuǎn)鏡）， 位于美國夏威夷的JCMT（James Clerk Maxwell Telescope，詹姆斯·克拉克·麥克斯韋望遠(yuǎn)鏡），位于西班牙的IRAM（IRAM 30-m telescope）, 位于智利的APEX（Atacama PathfinderEXperiment，阿塔卡馬探路者實(shí)驗(yàn)望遠(yuǎn)鏡），和美國亞利桑那州的SMT（SubmillimeterTelescope）。
值得一提的是，美國夏威夷的JCMT望遠(yuǎn)鏡，是中國參與運(yùn)行的一個(gè)望遠(yuǎn)鏡，不少中國科學(xué)家應(yīng)該是在這里進(jìn)行的觀測。很遺憾的是，目前紅外觀測能夠達(dá)到的最大直徑是上百米，比如歐洲南方天文臺(tái)的VLT/gravity，觀測直徑可以達(dá)到130米，但是距離公里的口徑量級(jí)還是相差很大，希望我們在未來可以利用紅外波段能夠看到黑洞的照片。
△圖片為銀河系各個(gè)波段的照片，自上而下能量逐漸增加，從毫米波到伽馬射線
我們知道，銀河系的黑洞大約只有400萬倍太陽質(zhì)量（根據(jù)2020年諾獎(jiǎng)結(jié)果），而M87的黑洞達(dá)到了65億倍的太陽質(zhì)量，前者比后者小了1650倍。
從大小上而言，銀河系中心的黑洞明顯稍微小一些，但是銀河系中心的黑洞的拍攝難度更大一些，這是因?yàn)?，銀河系中心的黑洞的質(zhì)量要比M87小很多，距離要近很多，所以周圍物質(zhì)變化的可能性要大很多。相比觀測M87的黑洞的情況而言，原本好幾天時(shí)間里的變化，現(xiàn)在變成了在幾分鐘左右內(nèi)就會(huì)發(fā)生，所以觀測難度更大。比如說，為了這張照片，科學(xué)家們專門開發(fā)了新的復(fù)雜工具來考慮SgrA*的氣體。
問題三：跟M87星系中心黑洞照片相比，有哪些不同，有哪些新的信息？
因?yàn)閱为?dú)觀測難度很大，所以此次看到的銀河系中心黑洞（Sgr A*）的照片是研究團(tuán)隊(duì)花費(fèi)了好多時(shí)間提取出不同照片，再進(jìn)行平均后的效果。
這也是最終第一次將隱藏在銀河系中心的黑洞照片呈現(xiàn)出來。
可以回想一下上次照片的時(shí)間：2017年開始拍攝，2019年我們就得到了M87中心黑洞的照片。
然而，一直到5年之后，科學(xué)家們用超級(jí)計(jì)算機(jī)合成和分析數(shù)據(jù)，對黑洞模擬數(shù)據(jù)庫與觀測結(jié)果進(jìn)行嚴(yán)格比對，才讓我們第一次看到銀河系中心黑洞的照片。
問題四：銀心黑洞只不足銀河系的0.0005%，為什么能夠束縛住數(shù)千億顆恒星呢？
如果從銀河系的結(jié)構(gòu)來看，銀河系的結(jié)構(gòu)可以分為銀核（包括黑洞在內(nèi)）、銀盤和銀暈三個(gè)部分；從質(zhì)量來看，銀河系中心的大黑洞質(zhì)量還不到銀河系質(zhì)量的0.0005%；而從銀河系核心的角度而言，銀河系黑洞僅僅是銀河系核球的一部分。
那么，究竟是什么樣的力量將銀河系的千億顆恒星固定在一個(gè)有限的范圍之內(nèi)呢？所有可見的物質(zhì)是怎么聚集的呢？
其實(shí)，這個(gè)問題在上個(gè)世紀(jì)初的時(shí)候就有人提出了。
天體物理學(xué)家茲威基（Fritz Zwicky）測量了后發(fā)座星系團(tuán)的恒星，結(jié)果發(fā)現(xiàn)了暗物質(zhì)的存在。因?yàn)槠澩男愿窈懿皇艽蠹蚁矚g，所以盡管這個(gè)概念是對的，但是沒有受大家重視。
一直到了1970年，年輕的魯賓（VerinRubin）和她的導(dǎo)師福特（Kent Ford）先后對仙女星系中星體旋轉(zhuǎn)速度做了研究。利用高精度的光譜測量技術(shù)，他們可以探測到遠(yuǎn)離星系核區(qū)域的外圍星體繞星系旋轉(zhuǎn)速度和距離的關(guān)系。根據(jù)牛頓定律，如果星系的質(zhì)量主要集中在星系核區(qū)的可見星體上，星系外圍的星體的速度將隨著距離而減小。但觀測結(jié)果表明，在相當(dāng)大的范圍內(nèi)，星系外圍的星體的速度是恒定的。這意味著，星系中可能有大量的不可見物質(zhì)并不僅僅分布在星系核心區(qū)，且其質(zhì)量遠(yuǎn)大于發(fā)光星體的質(zhì)量總和。
現(xiàn)在我們已經(jīng)知道，不可見物質(zhì)（暗物質(zhì)）的質(zhì)量大約比可見質(zhì)量要重10倍左右，而且?guī)缀踅^大多數(shù)的星系都是如此。
這也就是前面那個(gè)問題的答案了，盡管我們銀心的黑洞只是如此小的質(zhì)量，但是在暗物質(zhì)的幫助之下，卻可以束縛住千億顆恒星！
問題五：這張照片的拍攝對研究有什么意義？
在發(fā)布會(huì)召開前，可能很多人在聽到銀河系中心黑洞照片時(shí)，期待的是看到《星際穿越》電影當(dāng)中的黑洞相似的樣子，然而結(jié)果卻并非如此。
△《星際穿越》中黑洞的形象（圖片來源于《星際穿越》）
這是因?yàn)?，我們看到的是黑洞很近的部分，如果相對比較遠(yuǎn)的話，那么就會(huì)看到類似于《星際穿越》電影當(dāng)中的景象。
無論如何，相比較之前的M87，這張照片更顯得親近，因?yàn)檫@是我們自己星系黑洞的照片，而且它的拍攝難度更大。
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