20年筹资数千万欧元 科学家讲述发现黑洞的背后

　　原标题：20年筹资数千万欧元，科学家讲述发现黑洞背后的故事

　　它距离我们5500万光年，直径足有400亿公里，比地球要大300万倍，比太阳大65亿倍，甚至大过整个太阳系，科学家称之为“怪兽”。 这个位于室女座星系团中的超大质量星系M87中心的黑洞是宇宙中被公认的“黑洞之王”。

　　黑洞是一种被极度压缩的宇宙天体，在一个很小的区域内包含着令人难以置信的质量。这种天体的存在以极端的方式影响着周围的环境，让时空弯曲，并将周围的气体吸引进来。在此过程中，气体的引力能转化成热能，因此气体的温度变得很高，会发出强烈的辐射。这正如爱因斯坦相对论所预言的，但是人类从未亲眼见过。此次黑洞照片中的“暗影”也揭示了黑洞这类迷人天体的很多本质，也使得人们能够测量M87黑洞的巨大质量。

　　EHT科学委员会主席、荷兰Radbound大学Heino Falcke教授作为“黑洞拍照”项目的发起人，在布鲁塞尔的发布会上表示：“黑洞的形象就展示在我们面前，但是我们依然要去理解他周围的光是如何产生的。”

　　Falcke教授表示，黑洞周围的光就好像一圈火环，完美地将整个黑洞包裹起来，它所散发的光比整个银河系几十亿颗星加起来还要亮，这也是为什么即使距离地球有足足5500万光年，人们依然能够看到它。

　　“这个暗影的行程，源于光线的引力弯曲和黑洞视界对光子的捕获，被吸进黑洞的物质，永远也别想再回来。”Falcke教授说道。

　　黑洞面纱被揭开，也印证了包括《星际穿越》等好莱坞科幻片中对黑洞的想象。“人们惊讶于图片竟然与理论计算的模型如此一致，爱因斯坦目前来看再次被证明是对的。”伦敦大学项目的合作者Ziri Younsi博士表示，“虽然黑洞是非常简单的物体，但是引发人类对宇宙和自然的思考是最为深层的，甚至关系到人类的终极存在。”

　　尽管图像清晰可见，但是至今科学家仍然无法解释黑洞周围的那圈光环到底是黑洞本身的高速自转所导致的，还是黑洞周围物体的旋转所导致的。而且更加发人深省的问题是，如果物体跌入黑洞后到底会发生什么？

　　Falcke教授在20年前在做研究时就发现，在黑洞周围可能会产生某种射电波，从地球上的望远镜可以发现这种强波，而且他还回忆起1973年读到过的一篇文章称，这种强引力能够让黑洞看起来比实际大2.5倍。

　　为了证明自己的判断，Falcke教授花了整整20年时间，终于向欧洲研究理事会（European Research Council）申请到了经费来资助这一项目，后来美国国家科学基金会（NSF）和东亚资助机构也加入其中，总资助金额超过4650万欧元（约合5250万美元）。

　　“这是一个漫长的旅程，但最终我亲眼看到了，是为了证明自己的想法是不是真的。”Falcke教授说道。正如米克-贾格尔的名言——你不可能永远得到你想要的，但如果你试一下，说不定正好找到你所需要的。

　　但是单个望远镜显然无法完成这一壮举，Falcke教授随后找到了哈佛大学及史密松宁学会天体物理中心的Sheperd S。 Doeleman教授来主导全球联网观测。

　　他们动用了全球8个台站的毫米波望远镜组成干涉阵列，打造了一个超级巨无霸“相机”——虚拟的视界面望远镜（EHT）。这些望远镜被分布在世界最偏僻的角落，包括夏威夷的火山、亚利桑那州的高峰、智利的荒漠以及冰天雪地的南极。

　　200多名来自全球的科学家在世界的各个角落，将他们的望远镜对准了这个叫做M87的星系，观测期间大约持续了10天左右。但随之而来的，是更加漫长的数据处理阶段，一等就是两年。

　　由于各个望远镜观察到的数据量加起来足有3600TB，换算成电影大小要几百年才能看完，因此这些数据无法通过网络传送，就只能被存储在移动硬盘里运往美国波士顿和德国波恩的数据处理中心，并由麻省理工学院和马普所等机构开发出全新的算法，加速数据分析。

　　“这在十年前是无法想象的，但是今天我们做到了。” Doeleman教授感叹道，“技术的突破、世界上最好的射电天文台之间的合作、创新的算法都汇聚到一起，打开了一个关于黑洞和事件视界的全新窗口。”

　　法国国家科学研究中心（CNRS）主任、黑洞可视化研究专家Jean-Pierre Luminet对第一财经记者表示：“给黑洞拍照最大的难点是，要把一个无法看见的东西‘实体化’，但是通过全球多台望远镜的通力合作，他们做到了。”Luminet早在1978年就曾用IBM7040穿孔计算机，模拟出第一张黑洞图片，这幅黑洞形态在几十年后仍然作为电影《星际穿越》的蓝图。

　　“我们捕获到了黑洞的首张照片。”来自天体物理中心、哈佛大学及史密松宁学会的EHT项目主任Sheperd S。 Doeleman表示，“这是一项由200多位科研人员组成的团队完成的非凡的科研成果。技术的突破、世界上最好的射电天文台之间的合作、创新的算法都汇聚到一起，打开了一个关于黑洞和事件视界的全新窗口。”

　　参与此次观测的望远镜包括ALMA、APEX、IRAM 30米望远镜、James Clerk Maxwell望远镜、大毫米波望远镜（LMT）、亚毫米波阵（SMA）、亚毫米波望远镜（SMT）和南极望远镜（SPT）。马普射电所和麻省理工学院Haystack天文台的专用超级计算机负责了对原始观测数据的相关工作。

　　这一激动人心的成果受到了中国科学院天文大科学中心（CAMS）的支持，CAMS由中国国家天文台、紫金山天文台和上海天文台共同建立，是EHT的一个合作机构（EHT共有3个合作机构）的成员。上海天文台台牵头组织协调国内学者通过该合作机构参与此次EHT项目合作。

　　中科大物理学院天文学系教授袁业飞对第一财经记者表示：“中国科学家采用的是1.3毫米的射电望远镜观测，不仅在EHT的联网观测上面有贡献，而且在数据分析上也有关键性的贡献；更重要的是很多中国科学家来自大学，他们的贡献也来自理论方面，包括怎么从理论方面解析观测天文学家的观测结果。”

　　中科院上海天文台路如森研究员对第一财经记者表示：“这是一个汇聚了十几台站望远镜阵的项目，每台站又有很多个望远镜组成，几天内产生的观测数据相当于欧洲核子中心一年的数据量，对于这样一个复杂事件的出现，科学家会分成独立的工作组，每一个工作组会有不同的小组进行处理，参与数据处理，进行比对，中国科学家也是非常重要的组成部分。”

　　EHT的建设和今天宣布的观测结果源于数十年观测、技术和理论工作的坚持和积累。这与来自世界各地的研究人员的密切合作是分不开的，是全球团队合作的典范。13个合作机构共同创建了EHT，使用了既有的基础设施并获得了各种机构的支持。主要资金由美国国家科学基金会（NSF）、欧盟欧洲研究理事会（ERC）和东亚资助机构提供。

　　“对M87中心黑洞的顺利成像绝不是EHT国际合作的终点站。”上海天文台台长沈志强研究员对第一财经记者表示，“我们期望也相信在不久的将来EHT会有更多令人兴奋的结果。”

　　人类对科学的探索已经买入了另一个时代。EHT的研究人员还在发布会上表示，基础科研将会是欧洲科学发展的优先选项，各国与欧洲议会几周前已经达成共识，未来还有几千亿欧元的科研项目正在规划中。

来源：第一财经