首次公布银河系中心黑洞Sgr A*的照片？

北京时间2019年4月10日21时，全球多国科研人员合作的事件视界望远镜(EHT)项目将在全球多地举行新闻发布会，公布其首次研究成果。尽管新闻稿没有明确说是发布黑洞照片，但EHT的主要科学目标之一就是拍摄黑洞。

Credit：https://eventhorizontelescope.org/science

新闻发布会将同时在布鲁塞尔（英语），灵比（丹麦语），圣地亚哥（西班牙语），上海（普通话），东京（日语），台北（普通话）和华盛顿特区（英语）进行。

主要的直播地址：
一：布鲁塞尔
https://www.youtube.com/watch?reload=9&v=Dr20f19czeE
二：圣地亚哥
https://ehtblackhole.alma.cl/
三：台北
https://www.youtube.com/channel/UCPk594oZYMU4Eak7By5wHyQ
https://www.facebook.com/sinicaedu/
四：东京
https://www.youtube.com/watch?v=_QBQMT5vrJo
五：华盛顿
https://www.youtube.com/c/VideosatNSF/live
https://eventhorizontelescope.org/

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银河系中心的黑洞——Sgr A*

在我们银河系的中心有一个巨大的黑洞，天文学家称之为Sgr A*（人马座A*），其质量约为太阳质量的430万倍，距离地球约25000光年。

尽管430万太阳质量看起来很多，但与其他星系中心的超大质量黑洞（数十亿太阳质量）相比，Sgr A*算相当小的了。天文学家还发现了离我们更近的黑洞，它们要小得多，质量只有太阳的几倍。虽然我们的Sgr A*既不是质量最大的黑洞，也不是我们最近的黑洞，但它是最近的超大质量黑洞。因此，Sgr A*是事件视界望远镜（Event Horizon Telescope，EHT）的主要目标。

1974年，天文学家Bruce Balick和Robert Brown在人马座（Sagittarius constellation）中发现了一个明亮的射电源（radio source），当时他们并不知道刚刚发现的实际上是一个黑洞。它在1982年被命名为人马座A*（Sagittarius A*）。Sgr A*是一个黑洞的首要证据来自它附近恒星运动的研究。通过研究这些恒星多年来的轨道，天文学家可以测量出它们所绕行天体的质量，而对于一个四百万太阳质量的物体，最佳解释是一个黑洞。下面的视频显示了十多年来这些恒星的轨道。

这些图像/动画由Andrea Ghez教授和她在加州大学洛杉矶分校（UCLA）的研究团队创建，数据来自凯克望远镜（W. M. Keck Telescopes）。

由于光也不能逃离黑洞的引力场，黑洞能成为如此明亮的发射源似乎有点违反直觉。事实上，我们从Sgr A*看到的光并非来自于黑洞，而是来自落入黑洞的气体。当气体进入Sgr A*时，它会成为厚厚的盘状，称为吸积盘（accretion disk），是个非常有能量环境，具有强磁场。当气体螺旋着进入黑洞时，磁场会驱动湍流并加热气体。这种热激发的气体便发射各种波长的光子，然后光子的路径被黑洞的引力弯曲。吸积机制的细节仍然是一个非常活跃的研究领域，我们希望EHT将通过Sgr A*极端环境的图像帮助我们理解其中的物理。

成像黑洞，如何根据EHT收集的稀疏数据制作图像？

角分辨率（angular resolution）是望远镜区分投影距离很小的物体的能力。在天文学中，角分辨率与波长成正比，与望远镜的大小成反比。所以，望远镜越大，角分辨率越高（或数值越小），越能看清离我们远、角直径（angular diameter）小的天体。（注：通过计算，地球大小的射电望远镜的角分辨率刚好勉强是Sgr A*事件视界的大小。）

上图显示了两种不同的光源。顶部图像表示较高的角分辨率，而底部图像显示较低的角分辨率。
Credit: Spencer Bliven

事件视界望远镜（EHT）将地球上的射电抛物面天线（radio dishes）连接成一个地球大小的望远镜，具有能够成像黑洞事件视界（event horizon）的放大能力。这项技术被称为甚长基线干涉测量法（Very Long Baseline Interferometry，VLBI）。（原文有详细介绍）

EHT使用分布在地球各地的7个射电望远镜收集从黑洞发出的光。一旦获得数据，我们仍然需要从中制作一个图像，这个过程称为成像（imaging）。我们收集的光提供了一些黑洞结构的指示。然而，由于我们只在几个位置有望远镜，关于黑洞图像的一些信息仍是缺失的。科学家开发的成像算法填补了这些数据空白，以便重建黑洞的图像。

由于存在大量缺失数据，你可能会质疑，制作图像真的可能么？为了解释清楚其中的原理，我们可以把EHT进行的测量比作一首歌中的音符；每对望远镜产生的测量结果与单个音符的音调相对应。从黑洞的方向看，音调与望远镜之间的投影距离有关：两个望远镜离得越远，音调越高。

用EHT观测黑洞有点像听一首在有很多坏键的钢琴上演奏的曲子。如果在地球上的所有地方都有望远镜，我们就能听到所有可能的音符，从而听到完整的曲子。然而，由于望远镜（或基线）有限，我们必须用几个音符来识别出整首曲子。当有限的音符提供了这首曲子的要点，即使存在很多空白，你也可能能听出这是哪首曲子。你的大脑在这里做的非常类似于科学家们为EHT开发的成像算法。

但值得注意的是：真正的图像总有些含糊不清的地方。拿刚才的例子，即使有坏键的钢琴可以演奏许多音符，但只要有缺少，我们就没法确定真正的曲子。缺少的琴键越多，模糊性就越大，因为有多首曲子都符合听到的音符。但是，随着我们增加音符（测量）的数量，正确答案就变得清晰。

信息图表示黑洞图像有许多可能的结果。Image credit: Katie Bouman