引力波很厉害？明年人类将首次直接“看见”黑洞

电影《星际穿越》中的黑洞显示出事件视界

凤凰网科技讯 据《福布斯》北京时间12月28日报道，黑洞是宇宙中最令人不可思议的天体类型之一。它在一个很小的体积内聚集有很大质量，换句话说，它的密度出奇地高，单个物质微粒都不能保持正常形态，而是会坍塌为一个奇点。围绕奇点的是一个被称作事件视界的球状区域，即使它以光速——宇宙内最高的速度——运动，内部的任何物质都无法逃逸。

分布在世界各地的事件视界望远镜成员

尽管人类知道有3种方法可以形成黑洞，发现存在数以千计黑洞的证据，但从未直接观察到过黑洞，以及黑洞的事件视界，甚至没有能证实事件视界的存在。不过，随着明年“事件视界望远镜”首批成果的公布，这一切将得到改变，天文学上最大的难题之一将得到解决。

活跃黑洞示意图

黑洞并非是个“新概念”，数个世纪前，科学家就意识到，如果在一定体积内累积更多质量的物质（也就是说密度越来越大），其他物体要摆脱它产生的引力的束缚，就需要更快的速度。由于光速是物体运动的最高速度，因此，存在这样一个临界值，任何物质都将被困在物体内部。内部的物质将发生引力坍缩，任何微粒都将向中心奇点移动，无法逃逸出来。因此，奇点是必然存在的，被事件视界所包围。任何进入事件视界内的物质都被困在内部，在事件视界内部，所有路径都通向中心奇点。

事件视界渲染图

随着时间推移，黑洞能继续吞噬更多物质，其质量和大小将以相同的比例增长。如果黑洞质量翻一番，其半径也会翻一番；如果质量增长10倍，半径也会相应地增长10倍。这意味着，随着黑洞质量增加，事件视界也会越来越大。由于没有物质可以逃逸出来，事件视界在太空中看起来就像是一个黑“洞”，它后面任何物体发出的光线都发射不出来。另外，根据广义相对论的预测，这里还存在光线的引力弯曲现象。

Sagittarius A*黑洞位于银河系中心，距离地球仅2.7万光年，而质量相当于太阳的400万倍，这使得它成为从地球上看最大的黑洞。有些黑洞尽管质量更大，但由于距离地球过于遥远，因此看起来反而没有那么大。

参与事件视界望远镜项目的望远镜

如果拥有与地球大小相当的望远镜，光线在地球与黑洞之间可以畅通无阻，我们就可以看到黑洞，一点问题也没有。部分波长的电磁波不会受到宇宙物质的影响，如果通过像无线电波这样波长较长的电磁波观察，我们就可能看到事件视界本身。虽然我们没有大小与地球相当的望远镜，但全球各地都有望远镜，而且我们掌握把它们的数据综合起来，“拼接”成一幅图像的技术。事件视界望远镜集当前最优秀的技术于一体，将能使我们首次“看到”黑洞。

事件视界望远镜不是一台望远镜，而是由分布在全球的15至20台望远镜组成的一个阵列，它们同时观察同一个目标。这些望远镜间的最大距离为12000公里，它们可以看清大小为15微阿秒（一种天文单位）的物体：相当于在地球上能看到月球上的一只苍蝇。鉴于Sagittarius A*黑洞的距离和质量，预计它在望远镜“眼中”的大小应当为37微阿秒。通过使用无线电波观察，我们应当能看到大量被黑洞加速的带电粒子，而且应当存在一个“空白”区域——事件视界所在的位置。如果能恰当地组合这些数据，我们应当能首次描绘出黑洞的图像。

事件视界望远镜去年为Sagittarius A*“拍摄了第一张照片”，科学家已经把数据综合在一起，并对它们进行分析。如果一切顺利，2018年我们将获得黑洞的首张“照片”。科学家将试图回答下述问题：黑洞的大小与广义相对论的预测是否一致；事件视界是否像预测的那样是圆形，还是扁圆或扁长形等。

无论有什么样的发现，首次获得黑洞“照片”都是一项惊人的突破。对于黑洞的认识，我们将不再局限于模拟或艺术家的想象，而是可以使用基于数据的首张黑洞照片。如果获得成功，这将为进一步研究铺平道路：如果把望远镜部署到太空中，研究范围可以由一个黑洞扩大到数以百计的黑洞。

如果说2016年是引力波年，2017年是中子星合并年，那么，明年将是事件视界年。(编译/霜叶)

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