教育新闻网有史以来第一张黑洞照片可能是科学上的一个里程碑，但事实证明，用于捕捉它的望远镜阵列同样具有开创性。天文学家今天发布了梅西耶 87 星系 (M87) 中心黑洞的诡异图像，但这是全球各地设施多年工作的结晶。
梅西耶 87 很接近，至少在天文方面是这样。这个椭圆星系距离地球大约 5500 万光年，位于室女座星系团中。它实际上是当地宇宙中质量最大的星系之一，早在 1781 年就被查尔斯·梅西耶发现并以他的名字命名。
虽然这个星系可能在几个世纪前就被发现了，但其中心的超大质量黑洞仍然是几个谜团的来源。例如，宇航局此前曾观测到从 M87 中心喷出的高能粒子射流，以接近光速的速度移动。它延伸超过一千光年。与此同时，哈勃太空望远镜在喷流中发现了一个奇怪的物质团，称为 HST-1，它以让科学家们感到困惑的方式变亮和变暗。
你看不到黑洞——只能看到它的影子
研究黑洞的部分问题在于，首先是什么让它们如此有趣：它们如此贪婪，甚至光也无法逃脱。黑洞的公认边界是事件视界，即光无法抵抗引力的点。在没有能量逸出的情况下，很难对黑洞进行成像。
解决办法是观察，不是观察黑洞本身，而是观察它投下的阴影。在事件视界之外，所涉及的巨大力量将使周围的气体和其他材料过热，并扭曲时空本身。如果——像 M87 一样——黑洞位于较亮的发光气体区域的中间，引力弯曲会导致形成阴影。
这就是这张新图像捕捉到的阴影，一个位于发光气体云中心的墨汁坑。即便如此，黑洞本身也比阴影小得多：实际上大约小 2.5 倍。尽管如此，它仍有大约 250 亿英里宽。
没有一台望远镜的强度足以看到 M87
“多年前，我们认为我们必须建造一个非常大的太空望远镜来成像黑洞，”宇航局华盛顿总部天体物理学部主任保罗赫兹谈到新发现时说。虽然这并非不可能——而且宇航局确实正在开展一些超强大的望远镜项目——但它使捕捉黑洞图像成为一种遥远的可能性。事实上，一台能够看到 M87 运行中的望远镜可能距离实现还有几十年的时间。
相反，科学家们转向小组工作来超越这一估计。事件视界望远镜 (EHT) 不是一台仪器，而是结合了八台仪器的数据，实际上形成了一种超级强大的 M87 成像方式。
ALMA、APEX、IRAM 30 米望远镜、James Clerk Maxwell 望远镜、大型毫米波望远镜 Alfonso Serrano、亚毫米波阵列、亚毫米波望远镜和南极望远镜都是 2017 年 4 月进行的综合观测。这些仪器都不是物理连接。相反，他们将数据保存到高性能硬盘驱动器上，这些信息由马克斯普朗克射电天文研究所和麻省理工学院海斯塔克天文台的超级计算机整理。
数据量也不小。事实上，每台望远镜每天大约捕获 350 TB 的数据。EHT 团队没有尝试以数字方式发送该信息，而是将驱动器加载到飞机上，然后将它们飞到超级计算机的位置。
时间就是一切
八台望远镜协同工作，关键是让每个望远镜的数据准确对齐。每个人都使用原子钟来精确记录每次观察的时间。这些时钟使用氢脉泽来提高准确性，它依靠单个氢原子来测量频率。
结果就是 EHT 项目所描述的“虚拟地球大小的望远镜”。它主要使用射电望远镜，但同时也记录了 X 射线和伽马射线波段的观测结果。
“EHT 观测使用一种称为超长基线干涉测量法 (VLBI) 的技术，该技术使世界各地的望远镜设施同步，并利用我们星球的自转形成一个巨大的地球大小望远镜，以 1.3 毫米的波长进行观测。VLBI 允许 EHT 实现 20 微角秒的角分辨率——足以从巴黎的人行道咖啡馆阅读纽约的报纸“EHT
不仅仅是望远镜阵列需要工作。EHT 团队还需要为在两台超级计算机位置处理的数据创建自定义处理算法，以便从捕获的数 TB 中做出有意义的事情。
可缩放的望远镜
虽然第一张黑洞图像可能是一个巨大的里程碑，但这只是 EHT 团队希望完成的工作的开始。虽然今天可能有八个地点在线，但很快该阵列将进一步扩展。三台新望远镜——IRAM NOEMA 天文台、格陵兰望远镜和基特峰望远镜——将上线并加入黑洞搜寻。
当这种情况发生时，项目的期望是“显着增加敏感性”。不仅如此，它还将更加灵活。不同地区的不同望远镜受天气、季节条件和其他因素的影响。尽管有这些考虑，增加可以在任何时间运行的仪器数量将使 EHT 可以捕获数据的时间范围更广。
目前，科学家们正在研究第一批信息，新的发现很可能会跟随黑洞照片。悬而未决的问题包括诸如被吸入黑洞的能量究竟去了哪里，以及为什么围绕它们的粒子可以形成如此高能量的喷流等谜团。需要大望远镜才能回答的大问题。
