“视界望远镜”精美绘制黑洞的“脸谱”

科学家从2013年开始为黑洞的视界“量身定做”图谱，他们在科学史上首次为黑洞的影响区域绘制图像，目的是用电子图片的形式显示宇宙黑洞的视域，进一步验证爱因斯坦的广义相对论。欧洲研究委员会（ERC）为项目拨付了1600万欧元的经费，一支得到资助的欧洲天体物理学家团队确立了项目研究的使命，为黑洞视界第一次绘制精确的图片，测试现有的各种版本的引力理论，其中包括爱因斯坦的时空弯曲理论。欧洲研究委员会依照协议条款拨出了经费，拨出了迄今最大一笔和富有竞争性的款项。

科学家以测量手段标识银河系中心的黑洞或银河系中心黑洞的视界在空间留下的黑影，通过寻找黑洞附近的射电脉冲星，科学家将测量数据输入到高性能计算机，通过计算机数据模拟黑洞周围的光和物质的行为，它们的行为好似引力理论预测的情形。天体物理学家团队主要由三位欧洲的科学家带领，荷兰拉德伯德大学的内梅亨校区和阿斯特朗校区的海诺·法尔克，马克斯·普朗克射电天文学研究所的迈克尔·克莱默，法兰克福的歌德大学和马克斯·普朗克引力物理学研究所的卢西亚诺·瑞佐拉组成了“三剑客”，他们带领了一支国际化的科学团队，对全球范围的多座射电望远镜进行了联网，联合探测银河系的中心区域。

以共同协作条款为依据，欧洲研究委员会授权了研究经费的使用，科学项目的卓越性决定了经费申请的通过与否，决策过程体现了谨慎、繁复和高度竞争的特点，最高的拨款额为1500万欧元，研究委员会要求科学团队由2到4位主要的研究人员担任领队，研究过程体现协同和合作的精神。目前，总共有449个研究项目参加评选，其中的13个项目通过了评审，得到了欧洲研究委员会的经费支持，项目评审的通过率不到3%，参加评审的科研项目几乎涉及到科学的所有领域，欧洲研究委员会首次将一个最高的拨款项目授予了从事天体物理学研究的科学团队。

银心是一个发出了神秘射电源的区域，天文学家将银心的射电源称为“人马座A源”，他们现在相信在银河系中心寄居了一个超大质量的黑洞。人们对黑洞的存在和特性有很多的疑问，令人难以捉摸的黑洞在天体物理学上有举足轻重的地位，黑洞天体有超强的引力场，甚至光也无法逃脱引力的“魔掌”，视界划定了黑洞强大引力的范围，黑洞视界是它的引力边缘地带，光线只能进，不能出。

科学团队的主要使命是绘制一幅黑洞视界的图像，在拉德伯德大学的内梅亨校区和阿斯特朗校区从事射电天文学研究的海诺·法尔克教授解释说，目前的大多数天体物理学家相信黑洞的存在，然而，没有一位物理学家真正看到了黑洞的视界，现在的观测技术取得了巨大的进步，一旦掌握了足够的技术手段，科学家可以对黑洞视界进行直接的成像。第一幅黑洞图片将直接证实黑洞的存在，科学数据将验证理论的预期，证实了黑洞的视界，也就证实了黑洞的本身。

几乎不能使用光学照相机捕获黑洞“黑乎乎”的图像，银河系的“心脏”是科学家探测黑洞的主要区域，从影响银河系的中心区域发出了神秘的射电信号源，天文学家称之为人马座A源。银河系中心的黑洞质量为太阳的大约400万倍，在超大质量银心黑洞的周围，气态物质被吸进了黑洞视界，被吸入的气体物质在消失之前发出了强烈的射电辐射，射电波明亮的光线和黑洞视界的黑暗阴影形成了明与暗的强烈对比。在银河系中心和地球之间有巨大的距离，从地球上观看银心黑洞的视界时，它的视觉范围变得十分微小，好似同从地球观看月球上的一个苹果。

世界各地的高频率射电望远镜联合成网，这种增强技术提高了测量的精确度，多地点望远镜的联合技术被物理学家称为超长基线干涉测量法或VLBI，可以使用VLBI技术测量微小天体的特征信息。法尔克在15年前第一次提出了建议，使用射电望远镜的联网测量技术，现在，法尔克的建议得到了科学界的积极响应，国际性的射电望远镜网络逐渐形成。在国际科学界和欧洲研究委员会大额资金的帮助下，科学团队希望将银河系中心的黑洞视界呈现在世人的眼前，黑洞的“脸谱”将出现在科学的舞台，科学进步之花将在不远的将来绽放。

除了收集银河系中心发出的射电信号，科学团队使用了同样的射电望远镜，收集和检测在银心超大质量黑洞的周围发出的脉冲星信号。脉冲星是快速旋转的中子星，独特功能使得脉冲星成为了宇宙的“时钟”，自然时钟有高度的准确性。位于波恩的马克斯·普朗克研究所之射电天文学所的迈克尔·克莱默主任解释说，黑洞附近的脉冲星有极高的研究价值，应用它们的物理特征，科学家可以确定黑洞的引力作用和由此引起的时空变形，测量的准确性超乎想象。银河系的脉冲星无处不在，然而，脉冲星的普遍性不能确保天文学家在银心区域轻易地发现它们的踪迹。

几十年过去了，在银心寻找脉冲星的努力取得了突破性的进展，克莱默和科学同事最近在人马座A的附近发现了第一颗射电脉冲星，发现的成果填补了一项空白。在银心附近可能有更多的脉冲星，科学团队将全力以赴地寻找它们踪迹。科学家相信银河系中心确实有一个超大质量的黑洞，但别的物体也可能表现了“黑洞”行为，关键是找到准确而合理的答案，克莱默合科学团队的成员收集了所有从黑洞视界的阴影和在黑洞附近区域活动的脉冲星和恒星发出的射电信息，对在人马座A视界附近活动的光和物质的行为进行了计算机信息模拟，高性能计算机保障了模拟的细节性，他们对比了数据分析的结果和理论的预期。

位于法兰克福的歌德大学的天体物理学家卢西亚诺·瑞佐拉教授带领了一支研究引力波模型的科学小组，位于波茨坦的马克斯·普朗克研究所之引力物理学所则对引力波模型研究进行了指导。最近几年，引力波模型科学小组在计算机和天体物理学的跨学科领域取得了重要进展，现在探索黑洞视界和附近区域光和物质特征的技术条件已经成熟。科学团队十分精确地计算了由黑洞巨大引力场引起的周围时空的弯曲现象，确定了黑洞视界附近光和物质的传递方式。

爱因斯坦的广义相对论是目前最好的引力理论，但不是唯一的引力理论，科学团队使用观测数据证明了黑洞的存在，也证明了爱因斯坦的引力理论是目前理论的最好表述。黑洞的存在和不存在是天体物理学家关注的科学问题之一，过去对黑洞引力场的检验停留在科学幻想阶段，只能从理论上解释引力机制的形成，现在的检测技术不同于以往，计算机模拟和射电天文技术出现了突破，可能从观测技术上检验理论的预测，黑洞视界的成像技术标志了现代天文学的一个转折点。

（编译：2021-12-26）