20年籌資數千萬歐元，科學家講述發現黑洞背後的故事
它距離我們5500萬光年，直徑足有400億公里，比地球要大300萬倍，比太陽大65億倍，甚至大過整個太陽系，科學家稱之為“怪獸”。 這個位於室女座星系團中的超大質量星系M87中心的黑洞是宇宙中被公認的“黑洞之王”。
黑洞是一種被極度壓縮的宇宙天體，在一個很小的區域內包含著令人難以置信的質量。這種天體的存在以極端的方式影響著周圍的環境，讓時空彎曲，並將周圍的氣體吸引進來。在此過程中，氣體的引力能轉化成熱能，因此氣體的溫度變得很高，會發出強烈的輻射。這正如愛因斯坦相對論所預言的，但是人類從未親眼見過。此次黑洞照片中的“暗影”也揭示了黑洞這類迷人天體的很多本質，也使得人們能夠測量M87黑洞的巨大質量。
EHT科學委員會主席、荷蘭Radbound大學Heino Falcke教授作為“黑洞拍照”專案的發起人，在布魯塞爾的釋出會上表示：“黑洞的形象就展示在我們面前，但是我們依然要去理解他周圍的光是如何產生的。”
Falcke教授表示，黑洞周圍的光就好像一圈火環，完美地將整個黑洞包裹起來，它所散發的光比整個銀河系幾十億顆星加起來還要亮，這也是為什麼即使距離地球有足足5500萬光年，人們依然能夠看到它。
“這個暗影的行程，源於光線的引力彎曲和黑洞視界對光子的捕獲，被吸進黑洞的物質，永遠也別想再回來。”Falcke教授說道。
黑洞面紗被揭開，也印證了包括《星際穿越》等好萊塢科幻片中對黑洞的想象。“人們驚訝於圖片竟然與理論計算的模型如此一致，愛因斯坦目前來看再次被證明是對的。”倫敦大學專案的合作者Ziri Younsi博士表示，“雖然黑洞是非常簡單的物體，但是引發人類對宇宙和自然的思考是最為深層的，甚至關係到人類的終極存在。”
儘管影象清晰可見，但是至今科學家仍然無法解釋黑洞周圍的那圈光環到底是黑洞本身的高速自轉所導致的，還是黑洞周圍物體的旋轉所導致的。而且更加發人深省的問題是，如果物體跌入黑洞後到底會發生什麼？
Falcke教授在20年前在做研究時就發現，在黑洞周圍可能會產生某種射電波，從地球上的望遠鏡可以發現這種強波，而且他還回憶起1973年讀到過的一篇文章稱，這種強引力能夠讓黑洞看起來比實際大2.5倍。
為了證明自己的判斷，Falcke教授花了整整20年時間，終於向歐洲研究理事會（European Research Council）申請到了經費來資助這一專案，後來美國國家科學基金會（NSF）和東亞資助機構也加入其中，總資助金額超過4650萬歐元（約合5250萬美元）。
“這是一個漫長的旅程，但最終我親眼看到了，是為了證明自己的想法是不是真的。”Falcke教授說道。正如米克-賈格爾的名言——你不可能永遠得到你想要的，但如果你試一下，說不定正好找到你所需要的。
但是單個望遠鏡顯然無法完成這一壯舉，Falcke教授隨後找到了哈佛大學及史密鬆寧學會天體物理中心的Sheperd S. Doeleman教授來主導全球聯網觀測。
他們動用了全球8個臺站的毫米波望遠鏡組成干涉陣列，打造了一個超級巨無霸“相機”——虛擬的視介面望遠鏡（EHT）。這些望遠鏡被分佈在世界最偏僻的角落，包括夏威夷的火山、亞利桑那州的高峰、智利的荒漠以及冰天雪地的南極。
200多名來自全球的科學家在世界的各個角落，將他們的望遠鏡對準了這個叫做M87的星系，觀測期間大約持續了10天左右。但隨之而來的，是更加漫長的資料處理階段，一等就是兩年。
由於各個望遠鏡觀察到的資料量加起來足有3600TB，換算成電影大小要幾百年才能看完，因此這些資料無法通過網路傳送，就只能被儲存在移動硬盤裡運往美國波士頓和德國波恩的資料處理中心，並由麻省理工學院和馬普所等機構開發出全新的演算法，加速資料分析。
“這在十年前是無法想象的，但是今天我們做到了。” Doeleman教授感嘆道，“技術的突破、世界上最好的射電天文臺之間的合作、創新的演算法都匯聚到一起，打開了一個關於黑洞和事件視界的全新視窗。”
法國國家科學研究中心（CNRS）主任、黑洞視覺化研究專家Jean-Pierre Luminet對第一財經記者表示：“給黑洞拍照最大的難點是，要把一個無法看見的東西‘實體化’，但是通過全球多臺望遠鏡的通力合作，他們做到了。”Luminet早在1978年就曾用IBM7040穿孔計算機，模擬出第一張黑洞圖片，這幅黑洞形態在幾十年後仍然作為電影《星際穿越》的藍圖。
“我們捕獲到了黑洞的首張照片。”來自天體物理中心、哈佛大學及史密鬆寧學會的EHT專案主任Sheperd S. Doeleman表示，“這是一項由200多位科研人員組成的團隊完成的非凡的科研成果。技術的突破、世界上最好的射電天文臺之間的合作、創新的演算法都匯聚到一起，打開了一個關於黑洞和事件視界的全新視窗。”
參與此次觀測的望遠鏡包括ALMA、APEX、IRAM 30米望遠鏡、James Clerk Maxwell望遠鏡、大毫米波望遠鏡（LMT）、亞毫米波陣（SMA）、亞毫米波望遠鏡（SMT）和南極望遠鏡（SPT）。馬普射電所和麻省理工學院Haystack天文臺的專用超級計算機負責了對原始觀測資料的相關工作。
這一激動人心的成果受到了中國科學院天文大科學中心（CAMS）的支援，CAMS由中國國家天文臺、紫金山天文臺和上海天文臺共同建立，是EHT的一個合作機構（EHT共有3個合作機構）的成員。上海天文臺臺牽頭組織協調國內學者通過該合作機構參與此次EHT專案合作。
中科大物理學院天文學系教授袁業飛對第一財經記者表示：“中國科學家採用的是1.3毫米的射電望遠鏡觀測，不僅在EHT的聯網觀測上面有貢獻，而且在資料分析上也有關鍵性的貢獻；更重要的是很多中國科學家來自大學，他們的貢獻也來自理論方面，包括怎麼從理論方面解析觀測天文學家的觀測結果。”
中科院上海天文臺路如森研究員對第一財經記者表示：“這是一個匯聚了十幾臺站望遠鏡陣的專案，每臺站又有很多個望遠鏡組成，幾天內產生的觀測資料相當於歐洲核子中心一年的資料量，對於這樣一個複雜事件的出現，科學家會分成獨立的工作組，每一個工作組會有不同的小組進行處理，參與資料處理，進行比對，中國科學家也是非常重要的組成部分。”
EHT的建設和今天宣佈的觀測結果源於數十年觀測、技術和理論工作的堅持和積累。這與來自世界各地的研究人員的密切合作是分不開的，是全球團隊合作的典範。13個合作機構共同建立了EHT，使用了既有的基礎設施並獲得了各種機構的支援。主要資金由美國國家科學基金會（NSF）、歐盟歐洲研究理事會（ERC）和東亞資助機構提供。
“對M87中心黑洞的順利成像絕不是EHT國際合作的終點站。”上海天文臺臺長沈志強研究員對第一財經記者表示，“我們期望也相信在不久的將來EHT會有更多令人興奮的結果。”
人類對科學的探索已經買入了另一個時代。EHT的研究人員還在釋出會上表示，基礎科研將會是歐洲科學發展的優先選項，各國與歐洲議會幾周前已經達成共識，未來還有幾千億歐元的科研專案正在規劃中。
責編：寧佳彥
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