北京時間5月12日晚，首次拍攝到的銀河系中心超大質量黑洞照片正式公開。這是繼3年前的M87黑洞後，人類再次拍攝到黑洞照片。與此前一樣，該照片同樣由事件視界望遠鏡合作組織（EHT），通過分布在全球的射電望遠鏡組網“拍攝”而成。

銀河系中心黑洞的首張照片。圖片來源：新華社；供圖：EHT

關于這個位于銀河系中心的黑洞（銀心黑洞），目前我們知道什麼？南都大數據研究院告訴你。

它有多遠？離地球2.6萬光年，至少要飛3.3億年才能抵達

在公布了首張照片的同時，EHT的天文學家們還介紹了這個位于銀河系中心的黑洞距離地球26000光年，這是一個什麼概念？

南都大數據研究院為你計算了一下。按照天文學的公式，1天文單位是指地球到太陽的平均距離，約等于1.496億公裡。1光年約等于63241天文單位，換算得出約為94608.54億公裡。地球到太陽系邊緣的冥王星的最遠距離約為73.1億公裡，也就是說，銀心黑洞距離我們約等于地球到冥王星最遠距離的3270萬倍。目前人類速度最快的飛行器抵達冥王星也需要經過多次轉變軌道，耗時接近11年，以此來計算，從地球出發，飛抵這個黑洞附近，最少需要3.3億年。

當然，和2019年EHT公布照片的M87黑洞相比，銀心黑洞距離地球相對較近。M87超大質量黑洞位于M87星系，距離太陽系約5500萬光年。而本次所發現的黑洞則位于銀河系中心的人馬座A*（Sgr A*），離地球距離僅為M87黑洞的1/2115。

它有多重？約等于1.32億個地球，比M87黑洞輕

據天文學家們透露，銀心黑洞的質量大約是太陽的400萬倍。太陽的總質量為2×10^30千克，約為地球的33萬倍，以此推算，這個黑洞的質量約等于1.32億個地球。

雖然同屬于超大質量黑洞，但和M87黑洞相比，銀心黑洞屬于“輕盈的一個”。M87黑洞的質量大約是地球的65億倍，其體積為太陽的680萬倍，足以吞噬整個太陽系。研究學者認為過去某段時間裡，幾百個小黑洞融合一體形成了這個巨大黑洞。相較而言，銀河系中心黑洞隻有M87黑洞的千分之一大小，質量也不到其1/50。

與整個銀河系相比，銀心黑洞的質量更是“微不足道”。根據現有的研究，整個銀河系當中，恒星的數量達到了1500億-4000億顆。恒星的質量往往占其星系總質量的99%左右，以太陽的标準去計算，銀心黑洞的質量隻有銀河系總質量的0.00045%。但正是這個看似“渺小”的黑洞，卻與其他黑洞一起束縛住了銀河系的數千億顆恒星和其他星體，避免分崩離析。

為它拍照有多難？全年隻有不到10天可拍攝，黑洞周邊觀測環境較苛刻

據EHT介紹，他們在2017年4月幾乎同時觀測了M87黑洞和銀心黑洞，并進行拍照。那為什麼兩張照片的公布時間相差了三年？據透露，主要存在以下難點：

第一，超短的拍攝期和海量的數據。拍攝人馬座A*的工作在2017年4月正式開始。這項拍攝任務需要為所有參與的觀測站湊出聯合觀測的時間，全年不到10天。另一方面，為了增加探測靈敏度，EHT所記錄的數據量非常龐大。研究團隊花了五年時間，用超級計算機合成和分析數據，編纂了前所未有的黑洞模拟數據庫與觀測結果進行嚴格比對，最終通過将數千張使用不同成像方法得到的圖像平均起來，才生成了一幅Sgr A*的代表性圖像。

最終照片的合成過程。圖片來源：新華社；供圖：EHT

第二，星系中心附近有大量氣體塵埃等幹擾射電望遠鏡進行觀察。相比M87黑洞，銀心黑洞離地球的距離更近，但由于宇宙星系塵埃的幹擾，人馬座A*的成像比M87困難得多。黑洞周圍的氣體均以幾乎接近光速繞着Sgr A*高速旋轉。這意味着在EHT觀測人馬座A*之時，有點像給一隻正在追逐自己尾巴的小狗拍張清晰照片。

第三，觀測視界範圍非常小。據研究團隊介紹，銀心黑洞的視界範圍隻有1200萬公裡，從地球看，它的視直徑（張開的角度）隻有50個微角秒（10^-6角秒，1角秒=1/3600度）。這是個什麼概念呢？就好比在上海看北京的一根頭發絲。而M87星系質量更大，中心黑洞質量也更大，是銀心黑洞的1500多倍，視界範圍是銀心黑洞的3000倍，因此即便它們在距離上遠了2000多倍，但兩個黑洞看起來格外相似。

研究它有何意義？檢驗廣義相對論等理論，中國團隊扮演重要角色

耗費了這樣的時間、資源和人力去觀測、拍攝、研究黑洞，究竟有什麼意義？

據EHT透露，這項成果的發布，給出了該天體就是黑洞的實證，為理解這種被認為居于大多數星系中心的“巨獸”的行為提供了寶貴的線索。另一方面，也意味着人類在觀測設備、觀測技巧、數據處理能力等多方面有了一次系統化飛躍。

同時，這次發布的觀測成果進一步提升了在強引力場下對愛因斯坦廣義相對論的檢驗能力，更令研究黑洞附近的物質吸積與相對論性噴流成為可能。換句話說，人類對“時空如何彎曲，物質如何運動”的了解又能更進一步。

中國的研究團隊是否參與其中？據中國科學院上海天文台介紹，在本次研究工作中，數名中國的天文科學家參與了前期觀測技術的預研，對黑洞大小、拍攝圖片分辨率極限等研究推測，以及對大量觀測數據進行VLBI數據處理等工作。我國的天馬射電望遠鏡更在7mm工作波長段首次成功參加國際VLBI聯合觀測。

未來EHT還有什麼觀測和研究計劃？來自上海天文台的EHT合作國内協調人沈志強表示，目前正在規劃建設中國的亞毫米波VLBI望遠鏡，以期參與到對Sgr A*的24小時不間斷的接力觀測中。此外，EHT的持續擴展和技術革新将使科學家們可以分享更多引人注目的照片，包括即将公開的黑洞“電影”。

出品：南都大數據研究院

數據采集分析：陳澤然

制圖：歐陽靜

數據來源：EHT、上海天文館、科普中國、NASA、新華社等媒體公開報道

統計截止日期：2022.5.13

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