插图:tuput
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事件视界望远镜把八座射电观测站连成一台地球大小的仪器,拍下了5500万光年外M87星系的黑洞,随后又拍下银河系中心的黑洞。硬盘由飞机运往两个数据中心,而两篇发现论文的署名单位名单里,都没有印度的机构。
2019年4月10日,事件视界望远镜合作组织发布了人类的第一张黑洞图像:在梅西耶87星系的中心,一个歪向一侧的射电光环,围着一片暗区。欧洲南方天文台的新闻稿说,这个黑洞距我们5500万光年,质量是太阳的65亿倍。三年后的2022年5月12日,同一个团队展示了我们自己星系中心的黑洞人马座A*,距离约27,000光年,质量大约是400万个太阳。
这两张图都不是日常意义上的照片。它们是用从智利到南极洲的各个观测站记录下来的射电信号拼合而成的,而那些记录是靠快递运送的。
第一张图拍到了什么
根据合作组织发表在《天体物理学杂志快报》上的第一篇论文,2019年那张图中光环的直径是42微角秒,上下相差3。1微角秒是1角秒的百万分之一,而1角秒本身是1度的3600分之一。光环围着一片较暗的区域,光环与中心的亮度之比约为10比1。
海诺·法尔克在欧洲南方天文台的新闻稿里解释了其中的逻辑:“我们预期黑洞会造出一片类似阴影的暗区。”论文把这片暗影描述为:引力使光线弯曲,并把光捕获在事件视界上。光环的一侧更亮,论文将此归因于以接近光速旋转的等离子体产生的相对论性束射效应。
质量是把光环与气体落入旋转黑洞的计算机模拟相比较得出的,结果是65亿个太阳,上下相差7亿。图像本身用的是2017年4月11日的数据,那是四个观测夜之一。谢泼德·多尔曼在欧洲南方天文台的新闻稿中说:“我们已经拍到了黑洞的第一张照片。”
八面天线如何成为一台望远镜
造一面和地球一样宽的天线是不可能的,所以团队做了次一等好的事。这种方法叫甚长基线干涉测量。相距遥远的望远镜在同一时刻记录同一片天空,随后由计算机把这些记录两两合并。任意两面天线之间最宽的间距,决定了合并后能分辨多精细的细节。
2017年4月,这个阵列有八个台站,分布在六个地点:智利的ALMA和APEX,墨西哥的大型毫米波望远镜,西班牙的IRAM 30米望远镜,亚利桑那的亚毫米波望远镜,夏威夷的詹姆斯·克拉克·麦克斯韦望远镜和亚毫米波阵列,以及南极望远镜。基线长度从160米到10,700公里,论文说,这构成了一台跨度接近整个地球直径的虚拟望远镜。美国国家科学基金会的新闻稿给出的角分辨率是20微角秒,观测波长为1.3毫米。
难点在于计时。每个台站都带有一台氢脉泽,也就是一台原子钟,欧洲南方天文台的新闻稿说,有了它们,各台望远镜才能同步记录。论文说,GPS把记录对齐到几十纳秒以内,氢脉泽则让信号在大气条件所允许的约10秒内保持相干。2019年团队观测M87时,每次扫描三到七分钟,中间与一个叫3C 279的明亮类星体交替观测,用于校准。
每台望远镜一个PB,靠快递运送
根据第一篇论文,每个台站记录两个频段,合计每秒32吉比特。麻省理工新闻报道说,整个观测期间每台望远镜约录入一个PB的数据,每次观测结束后,各台站的研究人员把硬盘空运到马萨诸塞州的麻省理工海斯塔克天文台,以及波恩的马克斯·普朗克射电天文学研究所。麻省理工那篇文章说:“空运比用电子方式传输快得多。”
在这两个地点,一台叫相关器的专用超级计算机,把每一对可能的望远镜逐一比对。TechTarget的一篇报道说,最终图像背后的数据约为3.5个PB,这与麻省理工所说的每台望远镜的数字是两个不同的总数;报道还提到,南极台站在2月到11月之间不通航班。校准论文介绍了三条独立的软件流程用来清理信号。成果发表时,距观测之夜已过去两年。
轮到银河系
人马座A比M87近得多,也更难成像。欧洲南方天文台2022年5月12日的新闻稿说,它在天空中看起来,大小相当于月球上的一个甜甜圈。美国国家科学基金会的解说文章说,它周围有高速运动的气体,所以望远镜观测期间场景一直在变。Chi-kwan Chan形容这“有点像想给一只追着自己尾巴快速打转的小狗拍一张清晰的照片”。
团队用了2017年几个夜晚的观测数据,编了一个模拟黑洞的库用来比对,并把许多候选图像平均成最终的一张。据合作组织的论文,光环宽51.8微角秒,上下相差2.3,质量约为400万个太阳。欧洲南方天文台说,这项工作历时五年,涉及80个机构的300多名研究人员。杰弗里·鲍尔说,团队“对光环的大小与爱因斯坦广义相对论的预言吻合得这么好感到震惊”。
距离在各处的说法并不一致。欧洲南方天文台的新闻稿说约27,000光年,美国国家科学基金会的解说说约25,640光年。这个天体的质量最初是由绕它运行的恒星推算出来的,这项工作在我们谈2016年至2026年诺贝尔奖的文章里有介绍,赖因哈德·根泽尔和安德莉亚·盖兹正是因这项追踪而出现在其中。
印度出现在署名的哪里
欧洲南方天文台2019年的新闻稿说,项目中的东亚天文台这一合作方代表亚洲的许多地区,它的名单里包括印度。新闻稿没有说印度扮演了什么角色。
我们还检索了第一篇M87论文和第一篇人马座A*论文的完整署名单位名单,查找印度机构,一个也没有找到。塔塔基础研究所、印度天体物理研究所、位于奈尼塔尔的ARIES和拉曼研究所,在两份名单里都没有出现。我们没能打开合作组织自己的成员页面,也没有核对后来的论文,所以不排除出现了较新的印度署名单位。
有一条联系是历史性的,而不是机构性的。美国国家射电天文台的D·T·埃默森记载,J·C·博斯在19世纪90年代的加尔各答,使用过短到5毫米的波长。这台望远镜用的1.3毫米更短,我们打开过的资料中,没有一份称事件视界望远镜借鉴了他的工作。印度自己正在建造的黑洞仪器是一台引力波探测器,我们在谈欣戈利的LIGO印度的文章中有介绍。这类探测器迄今记录到了什么,见我们现在能听见黑洞碰撞。
同样的黑洞此后又显示了什么
2021年3月24日,团队发布了偏振光下的M87*,偏振光能描绘磁场。欧洲南方天文台的新闻稿说,只有强磁化气体的模型才与数据吻合。新闻稿列出了十一个设施,其中有格陵兰望远镜、法国的NOEMA和亚利桑那的基特峰。
2024年1月18日,合作组织发表了2018年的数据。光环的大小与2017年相同,这是广义相对论所预言的,而最亮的部分移动了约30度,到了大约5点钟的位置,马克斯·普朗克研究所的新闻稿这样说。2024年3月27日,它发布了偏振光下的人马座A*,显示出有序、扭曲的磁场,欧洲南方天文台说,这种图案与M87*的相似。
2025年9月16日,出现了团队没有预料到的结果。在2017年、2018年和2021年的观测中,M87*周围的磁场图案方向发生了翻转。作者说,原因可能是黑洞自身的磁场结构,也可能是视线方向上的物质扭转了偏振,或者两者兼有。同一篇论文还报告了事件视界望远镜数据中第一次出现的微弱喷流发射,马克斯·普朗克研究所的新闻稿说,合作组织的成员超过400名研究人员。
2026年1月28日,美国国家射电天文台报告,在2021年的数据中发现了一个致密源,距M87*的黑洞约0.09光年,位于预期中喷流根部的位置。
资料来源与延伸阅读
- ESO: Astronomers Capture First Image of a Black Hole (eso1907, 10 April 2019)
- NSF: Astronomers capture first image of a black hole (10 April 2019)
- The Event Horizon Telescope Collaboration: First M87 Event Horizon Telescope Results. I. The Shadow of the Supermassive Black Hole (ApJ Letters 875, L1, 2019)
- The Event Horizon Telescope Collaboration: First M87 Event Horizon Telescope Results. III. Data Processing and Calibration (ApJ Letters 875, L3, 2019)
- MIT News: Working together as a virtual telescope, observatories around the world produce first direct images of a black hole (10 April 2019)
- MIT Haystack Observatory: Event Horizon Telescope
- TechTarget: How the EHT's black hole image data is stored and protected
- ESO: Astronomers Reveal First Image of the Black Hole at the Heart of Our Galaxy (eso2208, 12 May 2022)
- The Event Horizon Telescope Collaboration: First Sagittarius A* Event Horizon Telescope Results. I. The Shadow of the Supermassive Black Hole in the Center of the Milky Way (ApJ Letters 930, L12, 2022)
- NSF: Image of Sgr A*, the black hole at the center of our galaxy (12 May 2022)
- ESO: First Polarised-Light View of the M87 Black Hole (eso2105, 24 March 2021)
- MPIfR: New EHT observations of M87 reveal persistent black hole shadow (18 January 2024)
- ESO: Strong Magnetic Fields Spiralling at the Edge of the Milky Way's Black Hole (eso2406, 27 March 2024)
- MPIfR: New EHT images reveal unexpected polarization flips at M87* (16 September 2025)
- NRAO: New Event Horizon Telescope Results Trace M87 Jet Back to Its Black Hole (28 January 2026)
- D. T. Emerson, The Work of Jagadis Chandra Bose: 100 Years of MM-Wave Research (NRAO)
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