首张黑洞照片诞生 霍金雕塑坐在黑洞之上

刚刚，全球六地（比利时布鲁塞尔、智利圣地亚哥、中国上海和台北、日本东京和美国华盛顿）同步召开全球新闻发布会，事件视界望远镜（EHT）发布了位于巨椭圆星系M87中心的黑洞照片，这也是有史以来首张黑洞照片。这项发现不仅让我们首次一睹黑洞真容，还让人类在引力极强的极端环境中验证广义相对论。黑洞理论提出者霍金于2018年3月14日去世，是人类的重大损失，宋庄艺术家李士勇为了纪念霍金，创作了《思想者霍金》雕塑，霍金熟悉的身体坐在深邃的黑洞之上，这件艺术品准确地刻划了霍金的精神和灵魂。2018年6月，001号《思想者霍金》雕塑由北师大物理学系收藏。

几十年来，天文学家已经公布了一大堆有关黑洞的观测数据和各种各样的照片，但那些照片拍到的都是黑洞周围的气体或其他物质，黑洞本身只是一个不可分辨的斑点；还有些照片拍到的只是从某个天体中倾泄而出的巨大能量，天文学家推测这个天体应该是黑洞。事实上，仅凭这些证据，我们甚至不能确定黑洞是否真的存在。

天文学家已经在天空中发现了一些质量足够大、密度足够高的天体，如果爱因斯坦的广义相对论是正确的，它们就必定是黑洞。不过此前，我们始终无法确定这些天体是否拥有一个让物质只进不出的视界——这个视界才是定义黑洞的最重要特征。提出这一问题并非只为满足纯粹的好奇心，而是因为这样的视界涉及理论物理学中一个最深层次谜题的核心。显示黑洞事件视界黑暗剪影的照片，能帮助我们理解发生在黑洞周围的异乎寻常的天体物理过程。

直接观测黑洞，为什么这么难？

在很长一段时间里，直接观测黑洞困难重重。

一个显著的问题是，黑洞对于地球上的观测者而言实在太小了。现在天文学家认为，绝大多数星系的中心都存在超大质量黑洞，这些黑洞的质量可达数百万甚至数十亿倍太阳质量，有些黑洞的直径甚至超过我们的太阳系，而即使是它们，由于距离地球非常遥远，在天空中占据的角尺度也极小。距离最近的超大质量黑洞是人马座A*，位于银河系的中心，质量大约相当于400万个太阳。它的视界在天空中的张角只有50微角秒，大约相当于月球上的一张DVD。要想分辨角尺度这样小的天体，我们需要一架分辨能力比哈勃空间望远镜还要高2000倍的望远镜。

其次，只有很小一部分黑洞周围拥有大量气体可供吸积，因此能够被我们看到；银河系中的绝大多数黑洞迄今仍然未被发现。

不仅如此，我们到黑洞的视线还会因两种不同原因而被遮挡。首先，目标位于星系的正中心，在这里由气体和尘埃组成的稠密云团会封堵住大部分电磁波段。其次，我们想要探测的发光物体是由旋转着落向视界的高度压缩物质组成的灼热漩涡，这些物质本身对大部分波长的电磁辐射也是不透明的。因此，只有极狭窄的波长范围内的辐射，能够从黑洞边缘逃离，被地球上的观测者看到。

不过，在直接拍下疑似黑洞的直接影像之前，天文学家已经开发出多种技术，揭露了紧紧围绕疑似黑洞旋转的物质的种种性质及行为方式。

比方说，通过观察附近恒星的运行方式，天文学家就能称量出一个超大质量黑洞的重量，就像利用行星的轨道来给太阳称重一样。在遥远的星系里，超大质量黑洞附近的单个恒星无法分辨，但那些恒星的光谱能够揭示它们的速度分布，从而得出这个黑洞的质量。

天文学家还在黑洞附近发出的辐射随时间变化的模式当中，寻找广义相对论留下的记号。比如说，一些恒星质量的黑洞发出的X射线辐射，在亮度上会发生准周期变化，这一变化周期又与黑洞吸积盘最内侧附近理论预计的轨道周期十分接近。

在此之前，探测超大质量黑洞最富有成效的方法，是观测吸积盘表面铁原子发出的荧光。吸积盘携带着铁原子快速转动，再加上黑洞本身强大引力的作用，会使铁原子荧光的特征波长发生偏移，并扩散到某个波段范围。在快速自转的黑洞附近，吸积盘本身围绕黑洞旋转的速度会加快，因此这种辐射会展现出一种不对称性，从而泄露天机。