人类首次直接观测到黑洞

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图1 人类首次观测到的黑洞M87/Powehi

俗话说“眼见为实，耳听为虚”，虽然广义相对论早已预测到黑洞的存在，但是如果能够直接观测到黑洞无疑是对黑洞存在最有力的证明，同时也将再次证明广义相对论的正确。2019年4月10日，国际合作项目“事件视界望远镜”项目组公布了迄今为止人类观测到的第一张黑洞照片，终于直接证明了黑洞的存在。

图2 参与此次观测的EHT望远镜和数据处理中心的地理位置

“事件视界望远镜”项目是一个由分布在世界各地的天文望远镜组成的阵列望远镜，这些阵列望远镜可以构成一个尺度与地球直径相仿佛的超大型虚拟望远镜，以便观测宇宙深处的遥远天体目标。“事件视界望远镜”的设想最早由德国射电天文学家Heino Falcke在1993年提出，其基础理论框架在欧盟资助的黑洞观测项目中被证实，并于2006年获得了第一批观测数据。“事件视界望远镜”项目由来自世界各国的57家研究机构组成，我国的中国科学院、北京大学、南京大学和华中科技大学也参与了这个项目。

图3 装满黑洞数据的硬盘和提出黑洞图形再现算法的Katie Bouman博士

“事件视界望远镜”项目主要的观测目标是位于银河系中心的人马座A黑洞和位于处女座的M87黑洞，原计划于2017年底得到人马座A黑洞的观测图像，但由于某些原因至今尚未得到其图像。这次率先公布的是处女座的M87黑洞图像，其数据来自位于格陵兰岛、北美、南美、欧洲和北非的8座射电望远镜，总观测数据达到5PB（1PB=1000TB），据说存放这些数据的硬盘有半吨重。为了处理这些数据，动用了由800个计算节点组成的计算机网格系统，节点间数据互联速度达到了40Gbit/s。M87黑洞到地球的距离为5500光年，质量是太阳质量的65亿倍。从观测得到的图像上看，M87黑洞与此前预测的黑洞具有大致相同的特征，包括圆形的黑暗的中心部分、事件视界、明亮的吸积盘和相对论射流。

图4 黑洞的真实图像与1979年用数值模拟方法得到的结果

法国科学家Jean Pierre Luminet博士在1979年根据广义相对论对黑洞进行的数值模拟就展示了黑洞的这些基本特征，此前对M87进行的数值模拟也与实际观测结果相吻合。M87黑洞的图像公布后，这个黑洞很快获得了一个正式的名称Powehi，这个名字在夏威夷语中是“光辉永恒的暗黑创造之源”的意思，根据夏威夷神话，夏威夷是从暗黑的创造之源中诞生的。此次参与观测的8座射电望远镜有2座位于夏威夷，因此黑洞名称最终选择由夏威夷大学希洛分校的夏威夷语专家木村教授命名。

图5 美国NASA随后公布了M87/Powehi喷出的相对论射流的图像

就在第一幅黑洞图像公布之后，美国NASA也公布了由Chandra和NuStar两颗卫星对Powehi黑洞的X射线观测结果，并给出了黑洞发射出的相对论射流（relativistic jet）的图像。众所周知，黑洞拥有巨大的引力，甚至连光都无法逃出其引力范围，但与此同时在事件视界处黑洞又会发射出强大的速度接近光速的射流，称为“相对论射流”。NASA观测到的相对论射流的速度就接近光速，同时喷射距离达到1000光年，并且呈现出忽明忽暗的射流结构。

（本站综合网络报道，图片来自互联网）