天文学家拍摄到银河系中心超大质量黑洞Sagitarrius A*的图像
黑洞在本质上是不可见的，因为它巨大的引力永远困住了落入其视界范围内的任何光线。但就在黑洞的不归路之外，光仍然存在，其图案就像照片底片一样，可以揭示黑洞的潜伏存在。现在，一个国际天文学家团队，已经捕捉到了超大质量黑洞周围的光线，从而首次揭示了位于银河系中心的黑洞Sagitarrius A*（Sgr A*，发音为'sadge-ay-star'）的图像。
该图像是由事件地平线望远镜（EHT）创建的，这是一个由射电望远镜组成的全球网络，其运动被编排成一个虚拟的、行星大小的望远镜来运作。研究人员将EHT阵列聚焦在距离地球27000光年的银河系中心，穿过了我们星球的大气层和太阳系外的湍流等离子体。
由此产生的图像首次揭示了SgrA*，其形式是一个发光的、甜甜圈形状的光环。这个环形结构正好位于事件视界之外，或者说是光无法逃离的点，是光被黑洞巨大的引力弯曲的结果。光环环绕着一个黑暗的中心，被描述为黑洞的"阴影"。
该环的白热等离子体温度估计有100亿开尔文，或180亿华氏度。从该环的尺寸来看，SgrA*的质量大约是太阳的400万倍，而且非常紧凑，其大小可以装入金星的轨道。
这张图片是对我们银河系中心确实存在一个黑洞的首次视觉确认。天文学家以前曾观察到恒星围绕着一个看不见的、巨大的、密度极高的物体旋转--所有的迹象都指向一个超大质量的黑洞。今天披露的图像提供了第一个视觉证据，证明该物体是一个黑洞，其尺寸与基于爱因斯坦广义相对论的预测一致。其结果是我们对一般黑洞，特别是我们银河系中心的黑洞的理解的一个里程碑。
今天，在《天体物理学杂志》特刊上的一些论文中介绍了该图像和相应的分析结果。这些发现是来自全球80个机构的300多名研究人员的工作成果，他们共同组成了事件地平线望远镜合作组织。
追逐黑洞的尾巴
在获得SgrA*的新图像之前，EHT于2019年获得了有史以来第一张黑洞的图像。那张开创性的图像是M87*，位于Messier 87中心的超大质量黑洞，这个星系距离地球5300万光年。
与SgrA*相比，M87*是一个巨人，其质量为65亿个太阳（比银河系中心的黑洞重1000多倍），其大小可以轻松吞下整个太阳系。而M87*的图像却显示了一个明亮的环形结构，很像SgrA*。这两幅图像之间的相似性证实了广义相对论的另一个预言：所有的黑洞外形都是一样的，无论其大小如何。
这两个黑洞的图像是基于EHT在2017年拍摄的各自来源的数据。然而，由于SgrA*的体积较小，且位于我们的银河系内，因此花了更多的时间和精力来使其成为焦点。
天文学家怀疑，热气体以同样的速度绕过两个黑洞，速度接近光速。由于SgrA*比M87*小1500倍，它的光速更难分辨。(拍摄一只追着自己尾巴跑的狗比拍摄一只以同样速度绕着大公园跑的狗更难）。
M87*位于一个与我们的星系偏离的星系中，这使得它更容易被看到。SgrA*位于我们自己的星系中，在成像上这也是一个挑战。SgrA*位于银河系平面的中心，那里有一些受热的气体或湍流等离子体，它们可以扭曲来自黑洞的任何到达地球的辐射。这就像试图看穿喷气式发动机吹出的暖空气一样，这是非常复杂的，这就是为什么生成这个图像需要更长的时间来解决。
跳跃的数据
为了捕捉到SgrA*的清晰图像，天文学家们协调了世界各地的八个无线电观测站，作为一个虚拟的望远镜，他们在2017年4月的几天里将其指向了银河系的中心。每个天文台都使用Haystack天文台开发的高速记录器记录入射光数据。这些记录器被设计为以每秒4千兆字节的速度处理大量的数据。
在收集了总共5PB的数据后，包括对SgrA*和M87*的观测，装满记录数据的硬盘被运走，一半运到MIT Haystack天文台，另一半运到德国的马克斯-普朗克射电天文研究所。这两个地方都有重型装备：巨大的超级计算机，用于"关联"数据，比较不同观测站之间的数据流，并将数据转换为行星大小的望远镜可以看到的信号。
然后，他们对数据进行校准--这是一个细致的过程，剔除来自仪器效应和地球自身大气层等来源的噪音，以便有效地将虚拟望远镜的"镜子"对准SgrA*的特定信号。
然后，成像小组承担了将这些信号转化为黑洞的代表性图像的任务--这是一个比M87*成像更棘手的挑战，M87*是一个更大、更稳定的源，在几天内变化很小，而"SgrA*在数分钟内就会发生变化，所以数据到处跳动，"EHT合作成员、Haystack的研究科学家Vincent Fish说。"这就是这个黑洞成像的基本挑战。"
领导EHT校准和成像团队的Akiyama开发了一种新的算法，与那些用于对M87*进行成像的算法配对。研究人员将数据输入每个算法，以生成数以千计的黑洞图像。他们对这些图像进行了平均，生成了一张主图像，显示出SgrA*是一个发光的环状结构。
在未来几年里，科学家们预计随着EHT的扩大，在其虚拟阵列中增加更多的望远镜，将收集更多的SgrA*和其他黑洞的数据。随着望远镜阵列的扩大和完善，为Sgr A*开发的技术为未来壮观的EHT图像和科学铺平了道路。
"下一步是，我们能否获得这个环的更清晰的图像？"Akiyama说。"现在我们只能看到最亮的特征。我们希望也能捕捉到更微弱的子结构。然后我们期望看到更详细的内容，并且与第一个甜甜圈有明显的不同。"