人類要敬畏頭頂上的星空，那兒有亮星也有黑洞，它們還喜歡牽手而行。眾里尋他千百度，亮星旁邊有黑洞……

如今大家對黑洞已經不陌生，有時在新聞里都有報道。一百多年前，愛因斯坦建立了他最引以為傲的廣義相對論，人們將它用於宇宙得到三個預言：宇宙膨脹、黑洞、引力波，愛因斯坦都不相信它們真實存在。愛因斯坦直到1955年去世為止，一直不相信宇宙中真有黑洞。因此，黑洞是愛因斯坦理論的預言，卻不是愛因斯坦本人的預言。然而，天文學100年來的進展，越來越證實黑洞的存在。宇宙中可能存在的黑洞有3種：極小、恆星級、超大。除了量子級別的極小黑洞尚未被發現，其它兩類黑洞的巨大引力對其周圍物質引起的間接效應，都已經被多次觀察到。

·恆星黑洞

德國物理學家史瓦西從廣義相對論得到 “史瓦西黑洞” 解。之後，印度物理學家錢德拉塞卡，以及美國物理學家奧本海默對引力塌縮的研究，得到預言：大於（8個）太陽質量的恆星，當熱核物質燒完後，引力塌縮可能形成三種天體，黑洞是其一。

恆星歸宿的三種天體，白矮星早在1910年就被發現，中子星也在1967年被發現。於是，20世紀六七十年代，天文學家們開始在天空中尋找黑洞。茫茫宇宙中，黑洞在哪裡呢？黑洞不發光、不輻射，便不能被看見，那麼應該如何來尋找它們？最後，人們把尋找的目標指向了雙星系統。

第一個恆星黑洞，在探測X-射線源時被偶然發現於一個雙星系統。說偶然也不偶然，X射線源、雙星，這些其實都和黑洞的特點有關。我們依賴接受來自天體的輻射，尋找星星探月觀天。輻射除了可見光之外，還有射電波、X射線、伽馬射線。

火箭把人帶上了太空，能夠到太空探測X射線，更為方便。1962年，美國天文學家賈科尼進行X射線全天掃描利用探空火箭。1970年，賈科尼在天鵝座的一顆藍巨星處發現一個很強的X射線源。進一步研究藍巨星的運動，發現她不是單身，還有一個暗藏的舞伴！

強大的X射線都是來自於這個舞伴，原來藍巨星與一個黑洞相伴！藍巨星和黑洞共同牽手十分美妙舞姿翩翩。藍巨星質量約20-40太陽質量，舞伴10-20太陽質量，超過形成黑洞的極限。賈科尼後來獲得2002年的諾貝爾物理獎，因為他對X射線天文學的研究，也包括他對人類第一次發現黑洞（天鵝座X-1）的貢獻！

尋找黑洞（視頻）

天鵝座X-1黑洞視界半徑約為26km，離我們6000光年。霍金的名字也經常與黑洞連在一起，造成錯覺，人們以為他發現了黑洞。黑洞發現者不是霍金，他只是研究黑洞理論的一連串物理學家中之一：

愛因斯坦方程 =》史瓦西解 =》貝肯斯坦熵 =》霍金輻射 =》彭羅斯奇點

第一次觀察到天鵝座X-1可能是黑洞時，霍金便與基普·索恩打賭，霍金賭天鵝座X-1不是一顆黑洞，索恩則相反。兩人以互訂雜誌為賭註：如果霍金贏，索恩給他訂4年《偵探》，反之，霍金給索恩訂1年《閣樓》。實際上當時，兩位學者都知道天鵝座有80%的可能性是黑洞，但這是霍金採取的打賭的“保險措施”。因為他無論輸贏都高興，贏了得雜誌，輸了則證明了他的理論。

後來，觀測證據顯示這個系統中存在着引力奇點，的確是一個黑洞。霍金承認打賭失敗，給索恩訂了一年雜誌，還大張旗鼓地按手印“認輸”，但他打心眼裡高興，因為這是黑洞物理理論的第一個觀測證據。

霍金為第一個黑洞打賭

·第一張黑洞照片

愛因斯坦生前不相信黑洞真實存在，他去世十來年後發現的第一個恆星黑洞，14倍太陽質量，固然令他吃驚和高興，但聽到這個超重黑洞，太陽質量65億倍的巨無霸，人類還給它拍了一種照片，再一次證明愛因斯坦神預言，天堂里的他會怎麼想呢？

科學家們不僅確定了宇宙中存在超大黑洞，還公布了第一張黑洞照片，超大黑洞存在於星系中心，在我們的銀河系中心處，人馬座A*就是一個黑洞。

科學家們判定黑洞，只是間接地從它對周邊物體產生的效應，很難有直接證據。例如，2019年之前從來沒有給它們拍過照片，為什麼呢？都說眼見為實，看不見黑洞總能看見它周圍圍繞着的東西吧，有張照片也好啊！

給黑洞拍照很困難，主要原因是它們太小了！

我們能看見並看清楚物體，一是要接受到足夠強的信號，二是要有足夠大的視角。離得太遠使得信號太弱；且物體也太小視角小無法分辨。黑洞吸收一切無亮度可言，信號強弱需考慮周邊氣體吸積盤的輻射。視角取決於距離及大小。例如，月球d=40萬公里，直徑3400公里，月面視角約0.5度。拿第一個恆星黑洞天鵝座-X1的數據來看看：距離6000光年，視界大小26公里，只有月面視角的10億萬分之一（ 10^-13 ）。

表徵黑洞大小的只有一個參數，就是它的視界，與質量成正比的史瓦西半徑，超大質量黑洞的質量是太陽質量的10⁵到10⁹倍，視界比恆星黑洞大多了。

因此人們將黑洞照的目標指向了超大黑洞：室女座中心的星系M87。這星系距離我們5500萬光年，質量是太陽質量的65億倍，特點是噴流特別長，噴流長度都有5000光年！

第一張黑洞照（視頻）

儘管離得非常遠，但與恆星黑洞比較，視角更大。因為距離幾乎1萬倍，但質量是萬萬倍，所以視角比天鵝座-X1大多了，但仍然只有月面視角的10億分之一，0.000000002度，相當於從地球上給月亮上的一個橘子拍照！

望遠鏡接受的波長越短，口徑越大，便有更小的角分辨率。M87黑洞是很強的1毫米左右無線電輻射源，使用接受1.3毫米波的射電望遠鏡。

為了達到高於0.000000002度的角分辨率，望遠鏡口徑8000公里！地球上如何做出這麼一個大鐵鍋？使用EHT！黑洞事件視界望遠鏡（Event Horizon Telescope）是使用VLBI技術的虛擬望遠鏡。

EHT虛擬望遠鏡

讓不同位置多個望遠鏡聯合組成網絡，同時觀測一個天體。用地球上6個地點8台望遠鏡完成。整個EHT相當於口徑為幾千千米的望遠鏡。8個台站觀測5天，兩年處理數據，才成功地拍了這張照片！

·銀河系中心的黑洞照片

5月12日，EHT公布了銀河系中心的黑洞照片。

一張照片拍攝了3年，“洗”了5年！這是人們期待已久的、事件視界望遠鏡 (EHT)團隊展示的，我們銀河系中心的巨大黑洞，即人馬座 A*的照片。從這個甜甜圈我們看到了些什麼？

主要特徵在預料之中。但並非所有現都與科學家預測的完全一樣，有些令人驚奇的發現。

（左）M87的黑洞照片比較（右）銀河系的黑洞照片

與M87的黑洞照片十分類似，比較一下：1，銀河系的黑洞比 M87*小一千多倍，質量也小一千多倍，視角大小相當。2，我們有兩種完全不同類型的星系和兩種截然不同的黑洞質量，但靠近這些黑洞的邊緣，它們看起來驚人地相似。3，這一成就比 M87* 困難得多，儘管 Sgr A* 離我們更近。兩個黑洞附近的氣體以相同的速度移動（幾乎和光一樣快）。但是， M87* 大，氣體需要數天到數周才繞行一圈，而在小得多的人馬座 A* 中，它只需幾分鐘即完成一圈。這意味着 Sgr A* 周圍氣體的亮度和模式在觀察期間會迅速變化。M87* 是一個更容易、更穩定的目標，幾乎所有圖像看起來都一樣，但Sgr A* 黑洞的圖像是不同圖像的平均值。通過來自世界各地 80 個研究所的 300 多名研究人員的合作共同完成。Sgr A* 黑洞的圖像是 EHT 合作從 2017 年觀測中提取的數千張不同圖像的平均值。平均圖像保留常見特徵，抑制了不常出現的特徵。

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