你好，黑洞

北京时间4月10日21时许，全球六地（比利时布鲁塞尔、智利圣地亚哥、中国上海和台北、日本东京和美国华盛顿）同时召开全球新闻发布会，数百名科研人员参与合作的“事件视界望远镜（EHT）”项目发布人类首张黑洞照片，它长这样：

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什么是黑洞？

谈到黑洞，大家或许比较陌生，但2016年2月11日，LIGO合作宣布首次直接探测引力波事件大家应该并不陌生。这次事件首次观测到黑洞合并，也是黑洞映入眼帘的一次壮大出场。

1916年，德国天文学家卡尔·史瓦西（Karl Schwarzschild）通过计算得到了爱因斯坦引力场方程的一个真空解。这个解表明，如果将大量物质集中于空间一点，其周围会产生奇异的现象，即在质点周围存在一个界面——“视界”。一旦进入这个界面，即使光也无法逃脱。这种“不可思议的天体”被美国物理学家约翰·阿奇博尔德·惠勒（John Archibald Wheeler）命名为“黑洞”。 黑洞，是时空中的一个区域，它具有很强的引力效应，以至于任何东西，甚至粒子和电磁辐射，比如光，都无法从里面逃逸出来。广义相对论预言，一个足够紧密的质量可以使时空变形，从而形成黑洞。没有可能逃脱的区域的边界叫做视界。

那么什么是黑洞呢？简单来讲，黑洞是现代广义相对论中，宇宙空间内存在的一种密度极大体积极小的天体。黑洞是由质量足够大的恒星在核聚变反应的燃料耗尽而死亡后，发生引力坍缩产生的。黑洞的引力很大，连光都无法逃脱。其实黑洞并不“黑”，只是无法直接观测，但可以借由间接方式得知其存在与质量，并且观测到它对其他事物的影响。

把黑洞想象成一个瀑布，引力就是流向瀑布的河流，把一束光想象成皮艇，在瀑布的上游，水流很缓慢，皮艇上的人可以逆流划桨，从水中脱身，但是越靠近瀑布，水流越湍急，皮艇上的人想要逃走，就要越费力气。瀑布的边缘就像黑洞的边缘，不管皮艇上的人有多大力气，都会掉下去。

在宇宙里也一样，黑洞之所以极具破坏力，原因在于，当你靠近它的时候，引力会变得巨大，巨大到能吞噬光线，所以黑洞才那么黑。什么都能进去，并且出不来。一切靠近的东西都将毁灭，行星、恒星，甚至整个太阳系。黑洞会导致行星脱离原来轨道，互相发生碰撞。

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如何给黑洞拍照？

人们普遍认为超大质量黑洞存在于大多数星系的中心。尽管黑洞内部看不见，但它的存在可以通过它与其他物质的相互作用以及与电磁辐射（如可见光）的相互作用来推断。落在黑洞上的物质可以形成一个由摩擦加热的外部吸积盘，形成宇宙中一些最亮的物体。如果有其他恒星绕黑洞运行，它们的轨道可以用来确定黑洞的质量和位置。这样的观测结果可以用来排除可能的替代品，如中子星。通过这种方法，天文学家们已经在双星系统中发现了许多候选恒星黑洞，并确定了人马座A-star的射电源，它位于银河系的核心，包含一个约430万太阳质量的超大质量黑洞。

多年来，事件视界望远镜一直凝视着银河系的中心，试图获得人马座A-star的位置照片。另外，位于室女座M87黑洞也是研究界的重点观测对象，而此次公布的视界望远镜的首次观测结果，是室女座超巨椭圆星系M87中心的超大质量黑洞，其质量是太阳的65亿倍，距离地球大约5500万光年。

给黑洞拍照并非易事。因为它以各种电磁辐射为食，而且不发射任何可探测到的东西。然而，至少在原则上，在黑洞边界外形成环状结构的区域是可以拍照的。

有人觉得它像眼睛

眼睛本来就是一个发现世界的窗口，这张黑洞的照片就也恰恰正在像是窗口一样帮助我们通向这个世界未知领域。

也有人觉得它像煤炉

表面黑乎乎，中心拥有着无穷大的能量，看得到却还不能轻易触碰，但我们始终相信，总有一天这里的答案全都会被揭开。

更有人觉得它像甜甜圈

像甜甜圈一样，对于人类展示着无穷大的吸引力，激发人类去探索，去研究，去深挖。总有一天这个甜甜圈不再神秘，像是一块充满五彩斑斓故事的新鲜的食物呈现在我们面前。

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黑洞的研究具有什么价值？

严格说来，我们拍到的不是“黑洞的照片”而应该是“事件视界”（event horizon，一种时空的曲隔界线）周围物质的照片。如果照片足够清晰，那它将帮助我们检验在强时空扭曲下的广义相对论效应，理解黑洞周围吸积盘的物质的运动，理解相对论性喷流的机制等等。

同时，科学家会通过观察黑洞视界面的大小和形状与之前通过理论计算建立的黑洞模型进行比对。尤其重要的是，可以验证黑洞的质量、直径以及自旋等重要参量。

更进一步的是，通过照片我们可能会找到一些未知物质，用来解释物质因为自重塌缩，或是落入视界内部时可能发生的情景。

当然，不论照片内容如何，即使是几个像素的亮斑或圆环，也代表了人类观测技术的巨大提升，使人类可能观测到很多以往想要观测却难以观测的天体事件。

宇宙中有一些真正的怪物，我们看不见它们，但知道它们存在。没有任何东西比黑洞更巨大、更强大、更可怕。黑洞可以吞噬行星和恒星以及任何靠的太近的东西。黑洞打破了一切定律，支配着宇宙本身的演化过程。黑洞是宇宙中最神秘的物体，它的引力压倒一切，没有任何东西能逃脱，它可以吞噬整个星系，也可以帮助星系形成，它是宇宙运行机制的重要组成部分。此次黑洞的发现，于研究能够帮助我们更进一步地研究宇宙的形成、机制和运行。

作者：物理学系

Students from Cosimo Bambi's gravity group

＆周灿灿、范恺、李静

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