銀河系中心，隱藏著一個質量是太陽400萬倍的超級黑洞！北京時間5月12日晚，世界各國的天文學家終於給這個黑洞拍攝了照片，證實了它的存在。
作為宇宙中最詭異的天體，黑洞一直是人們最好奇的目標。然而，它叫“黑”洞不是沒有原因的，因為我們確實看不見它。那麼，天文學家是如何知道它存在的、又如何給它拍照呢？
首先，我們要回答一個問題：到底什麼是黑洞？
黑洞，其實是透過愛因斯坦廣義相對論推匯出來的一種天體。這種天體擁有巨大的質量，但沒有體積，所以密度無限大，並且擁有極其驚人的引力，以至於連附近的光都無法逃脫，故此被命名為黑洞。
（圖片說明：愛因斯坦）
我們知道，愛因斯坦的“預言”目前還沒有被推翻的，黑洞也不例外。科學家們真的在宇宙中找到了許多黑洞，並且將已經發現的黑洞分為兩類。第一種叫做恆星級黑洞，質量在太陽的3-100倍之間，透過大質量恆星在超新星爆發後坍縮形成；第二種叫做超大質量黑洞，這種黑洞質量在太陽的100萬倍以上，只存在於星系的核心，形成原因至今是個謎。
此外還有介於二者之間的中等質量黑洞，雖然有一點關於天文學家發現這種黑洞的訊息，但我們對於它的認知仍然非常少；另一種是霍金預言的原初黑洞，形成於宇宙大爆炸初期，這個理論目前無法得到證實。
（圖片說明：黑洞藝術圖）
那麼問題來了：既然黑洞能吞噬附近所有的光，我們還怎麼給它拍照？
黑洞本身確實可以吞噬光線，但它在吞噬其他物質的時候，這些物質是發光的。被吞噬的物質不會馬上進入黑洞中，而是形成一個盤狀結構，“排隊”等著被吞噬，這個結構叫做吸積盤。由於物質過於密集，而且旋轉速度快，這些物質之間的摩擦就會發出光來。有些黑洞吞噬物質的速度非常快，因此吸積盤也非常明亮，可以證明黑洞的存在。
天文學家想要拍攝的，就是黑洞的吸積盤。吸積盤的執行規律，可以幫助天文學家瞭解極端宇宙環境下的天體物理學機制，更好地理解愛因斯坦等物理學家的理論。
（圖片說明：黑洞吸積盤是我們瞭解它的關鍵）
除了吸積盤之外，黑洞還會從兩極射出強大的等離子束。這些等離子的速度極快，甚至接近光速，因此又被稱為相對論性噴流。它同樣可以幫助天文學家瞭解黑洞周圍的電磁理論機制，也是天文學家重點關注的物件。
早在2012年，世界各國的天文學家就開始討論拍攝黑洞照片的事宜。他們的手段就是所謂的甚長基線干涉技術，也就是利用分佈在世界各地的望遠鏡進行觀測，虛擬出一個口徑和地球直徑一樣巨大的虛擬望遠鏡，從而對黑洞進行成像，這臺被虛擬出來的望遠鏡就叫做事件視界望遠鏡（EHT）。
（圖片說明：事件視界望遠鏡）
每年夏天，天文學家都會進行拍攝。然而，由於資料過於龐大，每張照片的處理時間都要以年為單位來計算。2019年4北京時間2019年4月10日21時，我國的上海、臺北以及世界其他5個城市的天文學家同時召開了釋出會，公佈了人類歷史上第一張黑洞照片——
（圖片說明：M87*的照片）
這個黑洞位於M87星系的中心，被稱為M87*。它距離我們大約5500萬光年，質量是太陽的65億倍，絕對是宇宙中最恐怖的天體之一！
一年之後，EHT專案又公佈了第二張照片，是一個名叫
3C 279的類星體（黑洞的一種）的相對論性噴流——
（圖片說明：3C 279照片）
2021年，EHT專案公佈了第三個作品，是M87*的偏振光影象——
（圖片說明：M87*的偏振影象）
實際上，在最初成立EHT專案的時候，天文學家就想拍攝銀河系中心的超大質量黑洞——人馬座A。畢竟它是離我們最近的超大質量黑洞，相距僅27000光年，雖然質量比M87*小得多。不過，直到昨天，我們才終於看到它的廬山真面目。
大家肯定有一個疑問，既然銀河系中心的黑洞這麼近，為何人類捨近求遠，要先去拍攝M87*呢？
（圖片說明：兩個黑洞的尺寸對比）
這是因為，M87*是一個非常活躍的黑洞，它始終在瘋狂地吞噬著周圍的物質，因此吸積盤又大又亮，給了天文學家絕佳的拍攝機會。相比之下，人馬座A*是一個非常沉寂的黑洞，平均每1000年才吞噬相當於一個太陽質量的物質，是M87*的百分之一。科學家比喻說：如果人馬座A*是一個人類的重量，它100萬年才只能吞噬一粒米。
因此，它的吸積盤又冷又暗，也讓天文學家難以拍攝。
另外，距離並沒有帶來更大的問題。M87*體型巨大，其視界半徑是人馬座A*的1500倍以上。因此，儘管距離遙遠，但看起來二者的視覺效果（視半徑）其實是差不多的。如果二者被放在相同的距離下對比，可以看出M87*有多麼驚人。
（圖片說明：兩個黑洞在地球看的視覺效果和相同距離下的尺寸對比）
另外，人馬座A*周圍的環境對人類也不友善，這裡是銀河系恆星最密集的區域，除了星光之外還有大量的電磁輻射，會干擾天文學家的觀測。這裡還有大量的星際塵埃，以及極其熾熱的氣體雲，都給拍照造成了巨大的困難。不過，畢竟它離我們很近，彌補了許多困難，而且天文學家必須要了解自己星系的黑洞。
正是因為這麼多原因，M87*成為了宇宙中最適合成像的黑洞，而人馬座A*則緊隨其後。實際上，二者的照片是同一年拍攝的，由於前面說的那麼多幹擾因素，研究人員多花了3年時間才“沖洗”出這張照片來。
（圖片說明：混亂的銀河系中心，高畫質大圖，可以點開放大來看）
那麼，天文學家這一次成功對人馬座A*成像，有什麼意義呢？
首先，由於不能直接觀測到黑洞，很多人一直對銀河系中心的真實身份有所質疑。這一次的照片和M87*保持一致，也是“甜甜圈”的樣子，證明了銀河系中心確實有一個巨大的黑洞。
其次，黑洞作為相對論“預言”的“產物”，也是驗證愛因斯坦理論的絕佳物件，比如引力透鏡效應等。
另外，人馬座A*在宇宙的超大質量黑洞中，也具有自己的獨特性，並且距離我們最近，這是天文學家更全面地瞭解這種天體的重要樣本。
（圖片說明：根據不同演算法繪製的人馬座A*影象，進行平均和疊加才能得到最後的影象）
可以說，EHT專案是當今世界最大的全球合作專案之一，包含了來自全世界80個研究所的超過300名科學家，其中17名來自中國內地，另外還有中國臺灣的科學家參與。
EHT專案最初一共有8臺望遠鏡，現在增加到了11臺。不過大家注意到，這裡沒有我國著名的射電望遠鏡“天眼”。這是正常的，因為EHT的望遠鏡都是亞毫米級的，而我國的FAST最短只能接收到分米級的電磁波。二者的設計初衷不同，所以FAST無法參與到EHT專案。不過我國已經有計劃建設亞毫米級的射電望遠鏡了，未來或將參與到黑洞照片的拍攝中。
（圖片說明：FAST）
未來，EHT團隊還將在每年對宇宙中的黑洞進行拍攝，並且還會有更多望遠鏡加入進來。我們很期待，下一次的黑洞照片，會是什麼樣的呢