文北 辰

發(fā)現(xiàn)“大家長(zhǎng)”

從遠(yuǎn)古時(shí)代，人們就開(kāi)始對(duì)星空中一片白茫茫的區(qū)域產(chǎn)生疑惑。它就像是一條長(zhǎng)鏈，從天空的一邊延伸到另一邊，隨著季節(jié)的變化，方位各不相同，它被叫作“銀河”。銀河就是我們太陽(yáng)系所在的星系，太陽(yáng)環(huán)繞著銀河系的中心運(yùn)行。長(zhǎng)期以來(lái)，“究竟有什么力量迫使太陽(yáng)系圍繞著銀河系的中心運(yùn)轉(zhuǎn)”這個(gè)問(wèn)題一直困惑著天文學(xué)家。后來(lái)人們才知道，銀河系的中心有黑洞，是黑洞的強(qiáng)大引力迫使所有的天體都要圍繞它旋轉(zhuǎn)運(yùn)行。黑洞就像是一個(gè)“大家長(zhǎng)”那樣，管理著恒星的運(yùn)行。

銀河系中心的黑洞在人馬座，被稱為“人馬座Sgr A*”。它的體量巨大，大概有440萬(wàn)個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量。科學(xué)家認(rèn)為，它可能與暗物質(zhì)共同作用才能發(fā)揮巨大的能力，驅(qū)動(dòng)恒星圍繞它運(yùn)行。

人馬座Sgr A*在射電望遠(yuǎn)鏡剛剛誕生的時(shí)候就被發(fā)現(xiàn)，但那時(shí)它被認(rèn)為是來(lái)自太空的射電波。后來(lái)科學(xué)家確定它位于銀河系的中心，才被稱為“人馬座A”。之后，科學(xué)家又進(jìn)一步明確了它的位置，才把它稱為“人馬座Sgr A*”。

2002年，萊因哈德·根澤爾研究小組發(fā)現(xiàn)，在人馬座Sgr A*的旁邊，有一顆恒星圍繞它運(yùn)行，通過(guò)測(cè)量?jī)烧咧g的關(guān)系，研究人員知道了這個(gè)黑洞的大概質(zhì)量。2009年，另一個(gè)研究小組公布了更多的恒星繞行的觀測(cè)結(jié)果，證據(jù)確鑿地證實(shí)了銀河系中心的確存在一個(gè)巨大的黑洞。正因?yàn)槿绱耍?020年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)?lì)C發(fā)給了發(fā)現(xiàn)黑洞的科學(xué)家。

甚大陣射電望遠(yuǎn)鏡看到的人馬座Sgr A*

“混亂”的地方

有黑洞存在的地方，一定是個(gè)“是非之地”，黑洞會(huì)把周邊的恒星吞噬掉。它首先把恒星拉扯到自己的身邊，讓恒星圍繞著自己。這時(shí)恒星運(yùn)行得越來(lái)越快，最后被黑洞撕扯成碎片。

科學(xué)家在銀河系中心發(fā)現(xiàn)了G2，他們開(kāi)始以為G2是星云，后來(lái)才意識(shí)到搞錯(cuò)了，G2不是星云，而是兩顆恒星。也許它們本身不是雙星，但是在接近黑洞的情況下，融合成更加巨大的恒星，這樣才可以抵御黑洞的引力，避免被吞噬的命運(yùn)。它們?cè)诒缓诙蠢兜那闆r下變成了長(zhǎng)條狀，因而被誤認(rèn)為是星云。

G2距離黑洞大約250億千米，這個(gè)距離放在太陽(yáng)系內(nèi)，應(yīng)該會(huì)在海王星軌道附近。這個(gè)距離太近了，極其接近黑洞，但G2還沒(méi)有被黑洞吞噬。也許吞噬需要很長(zhǎng)的時(shí)間，長(zhǎng)長(zhǎng)的星云外形僅是暫時(shí)的表現(xiàn)。

事件視界望遠(yuǎn)鏡拍攝的銀河系中心黑洞

銀河系的黑洞并不狂暴。通常，狂暴的黑洞在吸收了太多恒星的情況下會(huì)發(fā)生噴流，那是宇宙中最壯觀的景象。目前人馬座Sgr A*還處于安靜階段，但它有很多不安分的表現(xiàn)。2015年1月5日，美國(guó)宇航局的報(bào)告顯示，他們觀察到了比平常明亮400倍的X射線耀斑，這就是天體落入黑洞的表現(xiàn)。當(dāng)黑洞吸收天體時(shí)，還會(huì)出現(xiàn)磁場(chǎng)擾動(dòng)。當(dāng)磁場(chǎng)糾纏在一起，還會(huì)帶來(lái)一些其他變化，在電磁波的各個(gè)波段表現(xiàn)出來(lái)。

3D渲染效果下的黑洞

給黑洞拍照

天文學(xué)家為了讓公眾知曉銀河系中心的黑洞究竟長(zhǎng)啥模樣，準(zhǔn)備為它拍攝一張照片。給人馬座Sgr A*拍攝照片可不是一件易事。

黑洞不發(fā)光，光學(xué)望遠(yuǎn)鏡就觀測(cè)不到它。但是它能發(fā)出電磁波，射電望遠(yuǎn)鏡據(jù)此能觀測(cè)到它。單個(gè)的射電望遠(yuǎn)鏡也沒(méi)有這么大的分辨力，為此科學(xué)家創(chuàng)造了虛擬望遠(yuǎn)鏡這種技術(shù)，把多個(gè)望遠(yuǎn)鏡組合在一起，集成一臺(tái)大望遠(yuǎn)鏡。拍攝黑洞照片的望遠(yuǎn)鏡由8座毫米/亞毫米波射電望遠(yuǎn)鏡組成，這些望遠(yuǎn)鏡分布在世界各地，組合成的口徑相當(dāng)于地球直徑大小，被稱為“事件視界望遠(yuǎn)鏡”（EHT）。它的分辨率可以達(dá)到哈勃望遠(yuǎn)鏡的1000倍。具備這么強(qiáng)大的分辨力，就能給黑洞拍攝照片了。

事件視界望遠(yuǎn)鏡對(duì)人馬座Sgr A*開(kāi)展了多個(gè)晚上的觀測(cè)，每次連續(xù)采集好幾個(gè)小時(shí)的數(shù)據(jù)，再經(jīng)過(guò)不同的計(jì)算方法得到數(shù)千張圖像，最后平均各種因素生成主圖。2022年5月12日，事件視界望遠(yuǎn)鏡終于生成了一張銀河系中心黑洞的照片。這是一個(gè)環(huán)狀的圓形斑點(diǎn)，圖中明亮的就是周邊的氣體云。由于地球位于銀河系的邊緣，因而這張照片的拍攝角度有所傾斜（大概傾斜了不到30度）。

人們終于“看見(jiàn)”了銀河系中心的黑洞的模樣，這是事件視界望遠(yuǎn)鏡第二次發(fā)布黑洞的照片。前一次發(fā)布的是室女座M87星系中心的黑洞照片。雖然這兩張照片看上去并無(wú)太大的區(qū)別，但卻耗費(fèi)了巨量的設(shè)備資源。建成事件視界望遠(yuǎn)鏡是一個(gè)了不起的壯舉，下一步，科學(xué)家還會(huì)建造更高級(jí)的事件視界望遠(yuǎn)鏡，用以制作揭示黑洞的輪廓如何隨時(shí)間變化的紀(jì)錄片，這樣我們就可以進(jìn)一步了解銀河系中心的黑洞，更詳細(xì)地了解黑洞的周邊環(huán)境。