首张黑洞照片出炉，爱因斯坦说的对！

大家好

我是大脸喵

北京时间4月10日晚9点

人类史上首张黑洞照片正式出炉！

△ M87星系中心超大质量黑洞

2017年4月11日的图像

虽然这个清晰度嘛

有点儿低

但这也足够让人兴奋了

我们现在可是

第一批看到黑洞真容的人啊！

据介绍

这张来之不易的照片

通过长时间曝光仅拍摄就用了10天

之后的冲洗工作更是足足花了两年

这是自1915年爱因斯坦

在广义相对论中首次预言「黑洞」存在

人们第一次看到它的样子

昨天照片发布前

还有不少人担心

如果拍到的黑洞不是圆的

那大家坚信的爱因斯坦广义相对论

不就错了吗？

不过事实证明

爱因斯坦说的对啊！

1

 黑洞那么黑照片是怎么来的呢？ 

照片中的黑洞，看起来更像一个不对称的发光旋涡。

提到黑洞，大家的脑海里也很可能出现的是「有去无回」和「万物皆可吸」。

黑洞的形象更像是一个无底的旋涡，但实际上，它和地球一样，是一个天体。

作为宇宙中最神秘的天体之一，黑洞的质量和密度都非常大，这使得它周围有着巨大的引力场，路过它附近的物质，都难逃被这种引力吸引过去的命运，就连宇宙中速度最快的光，也不能幸免。

△ 黑洞的艺术想象图 来自：Wikipedia

由于光被它完全吸收了，所以黑洞本身是看不见的。但它的引力不是无限的，这巨大引力是有一定范围的，而这个范围被称为「事件视界」。

只要跨过了这个边界，一切物质都会被黑洞吸引，一切物理定律也会在此失效，但在这个边界外，一切都是正常的，包括光，所以这次科学家们拍摄的就是黑洞的这个部分。

因为引力巨大，黑洞「吃掉」身边恒星的速度非常的快，周围的气体被撕扯，形成了旋转的「吸积盘」，部分气体还会沿着转动方向被抛出去，形成喷流。

这些巨大的摩擦，都会产生明亮的光线，于是人们就能捕捉到这些黑洞的发光现象了。

△ 来自：NSF by Nicolle R Fuller

2

 给黑洞拍张照怎么这么难？

这次科学家们准备拍摄的两个黑洞，人马座A距离地球2.6万光年，质量约等于400万个太阳；而M87距离地球2200万光年，约等于64亿个太阳。

由于距离太远，科学家们形象的将拍摄难度比喻为「站在地球上，给月球上的一个苹果拍照」，为此科学家们需要一架非常厉害的望远镜。

麻省理工学院（MIT）的科学家们提出了一个大胆的计划——EHT项目，让处在地球不同位置的顶尖望远镜同时对一个黑洞进行拍摄，再经过数据分析得到图像，使得这架虚拟望远镜的直径可以达到跟地球直径一样的程度，这相当于「将整个地球变成了一架超级望远镜」。

△ EHT项目

于是MIT的科学家们从2006年就开始四处奔走，寻找国际合作开展EHT项目。经过不断的努力，终于凑齐了“八大金刚”：

西班牙毫米波射电天文所的30米毫米波望远镜(IRAm)、地处南极的南极望远镜(SPT)、位于智利的阿塔卡马大型毫米波阵列望远镜(ALMA)和阿塔卡马探路者实验望远镜(APEX)、墨西哥境内大型毫米波望远镜(LMT)、美国亚利桑那州的亚毫米波望远镜(ARO)以及夏威夷的麦克斯韦望远镜和亚毫米波阵列望远镜(Maxwell)

他们组成的这架超级望远镜被命名为「事件视界望远镜」，它的精度足以让一个人在巴黎的咖啡馆阅读纽约的一张报纸。

合适的工具有了，但拍摄起来仍旧十分困难。

首先，是拍摄。要在这八架望远镜所在地点天气状况统统良好，且面对黑洞的时候拍摄。

但它们分处在不同的地方，天气这事儿可不由着科学家们的安排来，这样一年可以拍摄的时间只剩下了大约10天。

终于，在2017年4月，科学家们等到了一个天时地利人和的好机会，它们对人马座A*和M87*这两个黑洞实际进行了4天的拍摄，得到了8PB的数据。

这些数据到底有多大呢？8PB=8000TB=2000000GB......

△ 来自EHT

之后，是数据收集。如此庞大的数据，根本不可能通过互联网传输，因此各个观察点只能将数据存在硬盘里，然后运送到麻省理工大学和位于德国的马普射电天文研究所。

据美国国家科学基金会的学者称，最终存储8台望远镜数据的硬盘，足足有半吨重。

△ 生成黑洞图片的过程 来自美国国家科学基金会

最后，是数据分析。这台“口径和地球一样大”的望远镜只有八个数据参考点，有限的参考点造成了大量数据的缺失。

想从这些缺失的数据中还原一张完整的黑洞照片，就像是在一架琴键坏掉的钢琴上弹奏乐曲。尽管音符残缺不全，但所有的音符都会导向同一个曲调，随着音符不断增加，整个音乐的曲调也就越来越明晰。

为了帮助大家理解照片的还原过程，EHT 还制作了一段音频。

即便如此，由这八架望远镜传回的数据拼凑出的黑洞图像还是有无限的可能性。为了确保数据分析准确性，科学家们分为4组，同时进行，最终得出的图像高度相似。

但实际上我们仍未看清M87黑洞的样子，只是在理论指导下，利用算法还原了残缺的图像。

目前，对M87的观测数据分析仍在进行，之后也会有更多的观测点加入到这架超级望远镜的行列中，相信在不久的将来，我们就会看到高清版的黑洞照片了！

△ 来自 DeLuce Art

​3

 这张高糊照片的价值有哪些？ 

这张黑洞的照片清晰度虽然不高，但它不仅让我们接触到了黑洞的真实面貌。

更重要的是，帮我们验证了爱因斯坦广义相对论和黑洞的物理性质，包括黑洞真实质量、直径、自转速度......

△来自人民日报

中国科学院国家天文台研究员苟利军说道：

黑洞周围会有很多分流，分流对于整个星系，以及星系演化，都起着非常重要的作用。但我们不是特别清楚它是如何产生的，我们看到黑洞周围的状况，能帮我们解决最基础的科学问题。

△ 来自新华社采访截图

这只是一个开始

未来EHT一定还会带来

更多前所未有的科学成果

而这张照片

对我们普通人来说

它带领我们看到了

那个距离我们5500万光年外的世界

这是唯有宇宙才能带给我们的震撼和浪漫

以上

就是本期的全部内容

来自公众号费米科学