科普中国-科学为你解疑释惑 2019-04-12 作者：申佳平 于露
10日晚，事件视界望远镜（EHT）项目组公布了人类历史上首张黑洞照片，神秘的黑洞首次以图像方式被呈现到地球人面前，有媒体将此照片问世称为人类历史上的“高光时刻”。据悉，为了一探黑洞“真容”，事件视界望远镜项目组在全球四大洲布局了八台毫米波射电望远镜，历时五天拍摄，两年“冲洗”，才有了这次珍贵的黑洞“处女秀”。
4月10日，由全球多国科研人员合作的“事件视界望远镜”（EHT）项目的第一项重大成果——人类首张黑洞照片在全球同步发布。
（图片来源：中国科学院上海天文台）
不过，很多人们看到黑洞照片之后，依然对黑洞有各种好奇与疑惑：黑洞真的就是照片上的模样吗？为什么黑洞首照有些模糊？给黑洞拍摄“大片”有哪些难点呢？……针对这些问题，人民网科普中国采访了中国科学院国家天文台研究员、中国科学院大学天文学教授苟利军和中国科学院国家天文台研究员、博士生导师王俊杰，十问黑洞那些事儿，一起来了解一下吧！
问题一：什么是黑洞？
苟利军指出，简单来说，黑洞就是一种连光都逃不出去的高密度天体。具体来说，黑洞可分为恒星级黑洞和星系级黑洞。王俊杰解释称，大质量的恒星（质量达到太阳质量的几十倍）到了它寿命的晚期，会形成超新星爆炸，内部物质会向内坍缩，最后形成一个高密度天体，即恒星级黑洞；而在任何星系的中心，都有比恒星级黑洞质量更大的黑洞存在，这种黑洞有几百万到几十亿太阳质量，称做星系级黑洞（也叫超大质量黑洞）。
问题二：宇宙中到底有多少黑洞？
苟利军表示，就银河系来说，其实有上亿个恒星量级的黑洞，但到目前为止，人类只确认了20多个黑洞的存在，还有40~50个黑洞候选体。王俊杰补充道，除了恒星级黑洞，银河系中心还存在一个400多万倍太阳质量的超大质量黑洞，从整个宇宙来看，宇宙中的大部分星系中心也都存在着超大质量黑洞。
问题三：在众多黑洞中，科学家为何要选择这个黑洞进行拍摄？
苟利军解释，从理论上来讲，任何能够产生辐射的黑洞都是适合拍照的。但因为技术限制，这次科学家们选择了两个最大的黑洞进行拍摄，操作难度较小。他举例称，“这就像我们在地面上要看清楚任何一个物体，肯定会首选看起来大的物体，而不会选择难以看清楚的，小的物体”。此次事件视界望远镜（EHT）项目组拍摄了两个黑洞，一个是银河系中心的超大质量黑洞，质量为太阳质量的450万倍；另外一个是位于M87星系中心的黑洞，质量为太阳质量的65亿倍。10日公布的照片是M87星系中心黑洞，而银河系中心超大质量黑洞的数据还在处理当中，值得期待。
问题四：黑洞首照就是黑洞真实的模样吗？
苟利军称，我们看到的照片，中间的黑色部分是黑洞及其阴影所在的区域，而围绕在黑色区域周围的暖黄色圆环则是吸积盘（包括等离子气体和喷流）。但王俊杰指出，从一定意义上来说，此次的照片并非黑洞的“真容”，因为黑洞是一个连光都逃逸不了的天体，人们正常来说是看不到的，因此黑洞的本体应该是在此张照片的黑色阴影中心的更小区域内，而并非整张照片。
另外，王俊杰还提到，照片上的暖黄色并非吸积气体的真实颜色，而是经过天文图象处理以后生成的伪彩色图。真正通过望远镜观测出来的图像实际上是黑白图象，但为了人们能看得更清楚、清晰一些，进行了人工伪彩色处理。
问题五：我们看到的是现在的黑洞吗？
王俊杰表示，这个黑洞距离地球有5500万光年，说明它吸积的气体因温度升高后产生的热辐射也来自5500万年前。至于这个黑洞及其周围目前是什么样子，可能要再过5500万年我们才能知道。
问题六：如果人类真的进入黑洞，会发生什么？
苟利军表示，首先，对于这个超大质量黑洞，身处黑洞边缘时人类可能不会被撕碎，因为潮汐力对于超大质量黑洞来说还是比较小的。至于黑洞内部的具体情况，以及物体进入黑洞后会发生的后果，目前仍是未知之谜，因为一旦掉入到黑洞里面，信号就无法传输出来了。
问题七：黑洞照片是如何形成的？
苟利军解释称，要生成黑洞照片，首先要把位于不同地点的望远镜观测出来的数据送到同一个地方。接着要将海量数据进行比对，保证不同地点的数据观测具有同时性；而且为了保证结果的准确性，在最终数据处理的时候，科学家们在两个不同的地方分别处理、验证。之后，科学家就通过计算机处理得到一个光子在空间分布上的强度图，并将强度图赋予不同的颜色，这就出现了我们现在看到的黑洞照片了。
问题八：为何黑洞照片“冲洗”需要耗费两年时间？
在照片形成的过程中，有很多难点耗费时间。王俊杰解释称，第一个难点就是八台望远镜观测到的数据量非常庞大。8个台站5天观测期间共记录约3500TB数据，相当于350万部电影的数据，这些海量数据处理要花费很多时间。第二，庞大的数据在处理时也会遇到一些技术难题。比如说，把多台望远镜获得的数据合成一张照片的算法就要重新研究建立，要利用新算法把数据进行互相关综合处理重建图像。这是个很复杂的过程，也需要大量时间。
问题九：为什么这张黑洞的照片有些模糊？
苟利军指出，照片清晰度的根源在于分辨率。但是，目前技术分辨率不够高，无法实现高清，只能做到目前的水平。望远镜的分辨率与望远镜的口径，和观测频段光子的波长（能量）有关，此次科学家对全球8个不同地方的望远镜进行联网，得到了一个口径达1万公里的望远镜，这差不多快接近地球的直径了，科学家们也选择了能量最高的毫米和亚毫米波段。尽管如此，空间分辨率也仅达到黑洞视界面的尺寸，所以在科学家们观测的有限区域内，这相当于只有有限的几个像素。
问题十：为什么说此次黑洞照片的出现是人类的“高光时刻”？
苟利军表示，人类从提出黑洞的概念到发现黑洞，等待了差不多一百年的时间。在这一百年之中，不论是理论或是实际观测，人们对于黑洞的了解都越来越深。这张照片用事实证明了黑洞的存在，也通过模拟观测数据对爱因斯坦的广义相对论做出了验证。在视界面望远镜的工作过程和后来的数据分析过程中，科学家们发现，所观测到的黑洞阴影和爱因斯坦相对论所预言的几乎完全一致。
另外，通过这张照片，科学家们可以通过黑洞阴影的尺寸测量中心黑洞的质量，此次该团队就对M87中心的黑洞质量做出独立的测量，而在此之前，精确测量黑洞质量的手段则更加复杂。
受访专家：中国科学院国家天文台研究员、中国科学院大学天文学教授苟利军，中国科学院国家天文台研究员、博士生导师王俊杰…
