第一次看到黑洞

对于望远镜来说，越大越好!今年标志着一个新时代的开始。遍布全球的射电望远镜联合起来，形成了一个地球大小的望远镜。这项计划被称为事件视界望远镜，目的是捕捉到黑洞的第一张图像。来自法兰克福物理研究所的Luciano Rezzolla是合作的一部分，并加入了我们。克里斯·史密斯请他解释黑洞到底是什么。

Luciano—黑洞是当今我们想象中最珍贵的物体之一，然而，作为一名科学家，我们没有任何明确的观察来证实它们的存在。黑洞是一种重力非常强的物体，它的表面被称为事件视界，在那里没有任何东西，即使是最轻的粒子，也无法逃脱，最轻的粒子当然就是光。所以我们可以把黑洞想象成一个物体，在那里引力是终极的，在那里生命不能离开这个特定的表面，即事件视界。

克里斯-如果没有人见过黑洞，我们怎么知道黑洞存在呢?

卢西亚诺:我们的想法是使用间接证据。比如，在我们银河系中心的超大质量黑洞，你可以说服自己有一个黑洞，因为你看到恒星围绕着一个物体运动，这个物体不发出任何光，它的质量非常大，有400万太阳质量，但你却看不见它。所以恒星在超大质量黑洞附近的运动是证明黑洞存在的一种方式。我们希望看到的是黑洞存在的“确凿证据”，即事件视界的存在。这就是我们这个项目要做的——视界望远镜。

克里斯-我想这很复杂，因为天文学很大程度上是建立在用光观察事物的基础上的，如果你想看到一些不会让光逃逸的东西，那一定很棘手吧?

卢西亚诺:这真的很令人沮丧。但我们确实有一个选择如果黑洞沉浸在光的辐射池中，那么在这个辐射池之外会有一个区域会变暗因为一些光无法到达我们。这就是我们想要测量和拍摄的，这个不太亮的区域。这就是我们所说的黑洞的阴影，所以通过射电望远镜，我们试图重现这个阴影的形状。

Chris -对，换句话说通过观察你所看到的光的行为你可以推断出一定是什么在以这种方式影响着光，因此，找出一定是什么在那里造成了这种影响然后你可以看到你的观察是否是一个理论?

卢西亚诺:对，对。形状可以告诉我们很多信息因为不同的黑洞有不同的理论不同的性质会给你不同的阴影。因此，通过测量阴影的性质，我们将对黑洞的性质有很多了解。

Chris -现在为什么事件视界望远镜被召集来做这个?我们在地球上有很多望远镜——为什么要用它们呢?

卢西亚诺:问题是波长不是射电的光容易被吸收，所以你需要用射电望远镜来测量这个阴影。射电望远镜实际上是理想的选择，不仅因为它们能接收到唯一能到达我们的辐射，而且还能让我们获得最高的分辨率。为了了解你需要的高分辨率，就像在月球表面拍一张橘子的照片。这是一个巨大的分辨率，最好的望远镜给我们这个分辨率是射电望远镜因为在分辨率上有一个非常简单的规则，那就是给定一个特定的波长，你想要有最大的望远镜来看到这个波长。在射电望远镜的情况下，你可以得到非常大的碟形天线，几百米。事实上，即使是100米也不够。你真正想要的是一个和整个地球一样大的射电望远镜。你可能认为这是不可能的。实际上这是可能的，人们在几十年前就已经率先采用了这种技术叫做超大基线干涉测量法。所以原理是你不能只有一个望远镜，为什么你不能有两个望远镜，相距越远越好，你只需要确保它们记录到完全相同的无线电波前。 That’s what you do by synchronising these two telescopes with atomic clocks. In this case the larger is the better and if you can have more than two telescopes picking up the same wavefront the better because even the detail of this wavefront would be more precise. That’s what the Event Horizon Telescope collaboration has done this spring. It has set up a very large campaign where all the biggest telescopes scattered across the planet have recorded data, and this data we are now analysing.

克里斯:你甚至在南极洲用望远镜做了一些记录，但是你还没有从那里得到数据因为你还没有从南极洲拿回硬盘，对吗?

卢西亚诺:这是做这类工作最先进的技术。最后，你真正需要的是一架飞机获取存储在这些磁盘中的数据。但就是这样——你不可能在太阳冬天获胜，所以我们必须等待飞机能够降落在南极望远镜上并收集数据。这一点非常重要因为南极望远镜总是能看到银河系中心。当其他望远镜在地球自转的时候，它们在一天中的某些时候不会看到银河系的中心。但最重要的一块拼图实际上仍然缺失，这就是为什么我们希望一旦我们有了这些数据，我们就能对银河系中心进行最精确的测量。

克里斯:所以你把所有这些望远镜的数据合并起来，这些望远镜都在同一时间观察同一个事件，所以你知道它们都是从一个稍微不同的角度来看的，因此，这应该会给你一个非常详细的画面。但是当你把这种蒙太奇或马赛克拼接在一起的时候，最终会呈现出什么样的画面呢?

卢西亚诺:这很大程度上取决于数据的质量。这是几天来采集的数据，但我们希望能看到这个阴影的一些证据。所以有证据表明某个区域亮度不足，而附近则会有大量的辐射。这就是我们的数值模拟告诉我们应该看到的。

实际上，在我们处理完数据之前，我无法告诉你数据的质量。我们可能会非常幸运地看到一些暗示着视界存在的东西，或者我们可能需要再试一次，消除一些不确定因素，比如，光会被散射，所以图像会很模糊。