事件视界望远镜（EHT）的科学家周三宣布，他们已成功拍摄到M87星系中心超大质量黑洞事件视界的图像，该星系距离地球约5500万光年。这张炽热的漩涡状图像是在团队最初捕获数据两年后发布的，结束了人们对现代记忆中最令人兴奋的天体物理学项目之一的长久等待。
“黑洞是宇宙中最神秘的天体，”EHT主管、哈佛-史密森天体物理中心科学家Sheperd Doeleman在华盛顿特区国家科学基金会新闻发布会上告诉听众。“因为它们如此之小，我们从未见过它们。我们很高兴今天能向大家报告，我们已经看到了，并且拍摄了黑洞的照片。”
黑洞的引力如此之强，以至于连光都无法逃脱，这使得拍摄黑洞的照片几乎不可能。但是黑洞拥有所谓的事件视界：一个标志着“不归点”的边界。穿过这个阈值的光和物质将无法逃脱黑洞，但事件视界处的时空会发生扭曲，形成一个发光的吸积物质圆环。它产生了物体的一种剪影——这就是EHT捕捉到的。
尽管名为事件视界望远镜，EHT实际上是一个由全球八个不同天文台的望远镜组成的联合项目，它们协同工作，拍摄M87中心以及我们银河系中心人马座A*的超大质量黑洞的图像。EHT于2006年进行了首次数据采集，此后不断增加其网络中的天文台，目前已包括夏威夷、亚利桑那、智利、南极洲、墨西哥和西班牙的亚毫米望远镜。Doeleman解释说，M87的超大质量黑洞是他们首个成像的目标，但他们目前正在致力于成像人马座A*。
这张新照片来自2017年4月为期九天的观测数据。解包和分析所有天文台的数据花了两年时间，部分原因是文件太大，无法进行数字传输。硬盘必须从天文台物理运送，以便科学家处理数据。特别是南极洲的数据集，由于极端天气，几个月都无法访问。
斯坦福大学理论天体物理学家、未参与EHT项目的Roger Blandford告诉《大众科学》杂志，这张照片是“对团队辛勤工作以及此前射电天文学家50年磨练干涉测量技术的智慧的致敬。”
构成EHT的不同天文台都可以对宇宙中的不同天体进行不同射频观测。在此次观测中，它们都被调整为观测每个黑洞事件视界发出的辐射，协同工作以提供成像如此微小且遥远物体所需的极端光学分辨率。亚利桑那大学天文学家、EHT团队成员Daniel Marrone在周三的新闻发布会上告诉听众，虽然这个黑洞的质量是太阳的65亿倍，但事件视界的直径基本上只有一天半光时。作为参考，M87星系本身，就已经是一个令人印象深刻的成像目标，距离5500万光年，直径为120光年。Doeleman称这项壮举“相当于我们站在华盛顿特区时，能够读出洛杉矶一张25美分硬币上的日期。”
在公告发布之前，尚不清楚EHT究竟会向世界揭示什么。莱斯大学天文学家、未参与该项目的Andrea Isella此前告诉《大众科学》杂志，虽然我们显然从未直接观测过人马座A*，但我们对它的存在已经了解了几十年。我们可以观察到它对附近天体的引力影响。“我们看到恒星围绕一个不发出任何可见光的物体运行，”他说。“从这种运动中，我们可以测量黑洞的质量——估计值在数百万太阳质量的量级。”
Blandford此前强调了这张照片在验证爱因斯坦的广义相对论（我们描述引力与时空关系的模型）是否能正确描述引力如何与这些超大质量庞然大物相互作用方面的潜力，或许还能进一步揭示黑洞本身的性质。虽然广义相对论已经通过较弱的情况，如引力透镜（光线穿过大质量物体时的弯曲）进行了多次检验，但它从未在黑洞这样的强引力场中进行过检验。
EHT团队周三确认，新数据与之前用于描述黑洞和广义相对论的模型一致。滑铁卢大学的Avery Broderick解释说，如果爱因斯坦是错的，黑洞的剪影看起来可能会截然不同——变形，甚至完全消失。相反，它是圆形的，符合结构预期。
“今天，广义相对论通过了又一项关键测试，”Broderick说。
“在某种程度上，黑洞实际上是非常简单的天体，”Isella说。它们由他解释的两个主要参数定义：质量（已通过周围恒星的轨道估算）和旋转自旋。黑洞的图像可以直接帮助我们确定这些参数。任何与我们预期显著的偏差都意味着存在我们尚未考虑到的关键缺失环节。但这张新图像是一个令人鼓舞的消息，表明我们对黑洞的了解——即使在从未见过它们的情况下——都是准确的。
这些新发现将影响无数天体物理学和宇宙学研究。在近期，Blandford希望“它们将帮助我们了解事件视界外的气体和磁场是如何工作的，黑洞周围旋转的气体盘如何运动，以及相对论性喷流（以光速喷射的电离物质）是如何产生的。” Broderick解释说，这些数据已被用来确定M87的黑洞是顺时针旋转的，并呈现出明亮的月牙形特征，内部黑暗。
Blandford认为，长远来看，天文学家可以利用这些数据更好地了解围绕星系中心运行的单个恒星的行为，以及黑洞外部热气体在影响天体自旋中的作用。EHT团队成员、来自阿姆斯特丹大学的Sera Markoff讨论了这类工作如何被用来更好地理解黑洞喷射的辐射和粒子如何影响星系的生长和演化。
但除了图像的科学意义外，这里还有一个值得强调的技术里程碑。EHT在很多方面都算得上是一个概念验证，用于获取非常微小且遥远的天体的**高分辨率**图像。完成这种壮举基本上为进行更**大胆**的天文研究开辟了一条全新的方法。
“天文学研究中的很大一部分涉及尝试拍摄非常小的天体的图像，”Isella说。“这意味着，我们应该能够增加更多的望远镜并获得更高质量的图像，同时也能拍摄其他黑洞，”Isella说。
初看这张图像时，这一点可能并不十分明显，它当然比大多数公众希望的要模糊。这张图像将5000太字节的数据压缩了一百万倍，清晰度仍然有所下降。但通过后续观测的不同方法，比如采用新算法，以及增加更高频率的望远镜，可以进一步提高图像质量。
事实上，天文学已经非常熟悉这种循序渐进的过程。以冥王星为例。根据今天的标准，我们第一次看到的这颗矮行星是一团糟，但随着时间的推移，我们设法找到了更接近真实行星表面的特征。直到新视野号探测器飞掠，也就是我们拍到冥王星第一张照片85年后，我们才终于看到它朦胧的大气层、岩石构造和真实的表面色彩。
到2020年，该团队将拥有11台望远镜，Doeleman及其同事表示希望最终将一台望远镜部署到太空，以进一步开展他们的工作。虽然M87超大质量黑洞的新图像并未从根本上改变我们对宇宙的理解，但它有助于打开一扇通往全新太空视野的大门。
“我们揭示了我们认为对我们来说是不可见的部分宇宙，”Doeleman说。“大自然似乎让我们看到了我们认为一直不可见的东西。”
