早在1783年，英國(guó)的地質(zhì)學(xué)家和天文學(xué)家John Michell在專研牛頓子引力方面的工作時(shí)就發(fā)現(xiàn)，理論上，當(dāng)一顆恒星的質(zhì)量到達(dá)1.25億倍太陽(yáng)質(zhì)量時(shí)，它的引力強(qiáng)大到即使是光都無(wú)法逃脫。

△ 根據(jù)廣義相對(duì)論，太陽(yáng)的質(zhì)量會(huì)彎曲時(shí)空使行星繞著它運(yùn)行。一顆中子星會(huì)使時(shí)空彎曲的更厲害。而一個(gè)黑洞則會(huì)在時(shí)空中制造一個(gè)深坑，即使光都無(wú)法逃脫。（圖片來(lái)源：JAMES PROVOST）

盡管恒星的質(zhì)量絕不可能達(dá)到如此之高，但到了1915年，當(dāng)愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論發(fā)表后，才為Michell的預(yù)言龐然大物奠定了一個(gè)堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。一年之后，德國(guó)天文學(xué)家Karl Schwarzschild求出了廣義相對(duì)論方程的一個(gè)解。他認(rèn)為恒星可以在自身的引力下坍縮，并在時(shí)空結(jié)構(gòu)中制造出一個(gè)深坑。任何東西，包括光，只要離坍縮恒星的質(zhì)心足夠近就不可能逃出引力的魔爪。這個(gè)有去無(wú)回的點(diǎn)被稱作事件視界。

1967年12月，在紐約的一場(chǎng)講座中，理論物理學(xué)家John Wheeler提出了“黑洞”一詞來(lái)解釋這一現(xiàn)象。黑洞一次立即抓住所有人的眼球，使科學(xué)家、小說(shuō)家、藝術(shù)家和電影制作人產(chǎn)生了許多的幻想。但除了這些恒星級(jí)的黑洞外，一個(gè)更激動(dòng)人心的發(fā)現(xiàn)是幾乎在所有的星系中央，都存在著超大質(zhì)量——是太陽(yáng)質(zhì)量的百萬(wàn)甚至數(shù)十億倍——的黑洞。

△ 事實(shí)上，1963年的時(shí)候，在德克薩斯州達(dá)拉斯市的一個(gè)天文物理的會(huì)議上，黑洞一詞就被使用了。1964年1月18日，在科學(xué)新聞快報(bào)上，Ann Ewing的一篇文章中首次出現(xiàn)了“黑洞”的字眼。但沒(méi)有人真正確定究竟是誰(shuí)首先用了這一詞。（圖片來(lái)源：SCIENCE NEWS LETTER/SSP）

1971年，Donald Lynden-Bell和Martin Rees猜測(cè)在我們棲息的銀河系中心——距離我們2.6萬(wàn)光年遠(yuǎn)——也存在著一個(gè)超大質(zhì)量黑洞。1974年，天文學(xué)家利用NRAO的基線干涉儀發(fā)現(xiàn)了銀河系中心輻射出大量的射電波確認(rèn)了它的存在，并將其命名為人馬座A（質(zhì)量為太陽(yáng)的400萬(wàn)倍）。

△ X射線下的人馬座A。（圖片來(lái)源：NASA’s Chandra X-Ray Observatory）

在過(guò)去的幾十年，天文學(xué)家收集了越來(lái)越多星系中心存在超大質(zhì)量黑洞的證據(jù)。例如，它們強(qiáng)大的引力對(duì)周圍的恒星造成的影響，吸積周圍的物質(zhì)導(dǎo)致噴流的形成，以及去年LIGO探測(cè)到的合并黑洞輻射出的引力波。

△ 雖然，我們知道黑洞確實(shí)存在，但關(guān)于它們的起源、演化和對(duì)宇宙的影響依然是現(xiàn)代天文學(xué)的前沿研究。（圖片來(lái)源：Ute Kraus/wikipedia, CC BY-SA）

但是，所有這些觀測(cè)證據(jù)都是間接的。幸運(yùn)的是，這個(gè)情況即將得到改變。科學(xué)家正協(xié)力對(duì)銀河系和星系M87中央的超大質(zhì)量黑洞進(jìn)行第一次拍攝。要知道，對(duì)這些黑洞進(jìn)行拍攝是很困難的，因?yàn)樗鼈儤O其遙遠(yuǎn)，就如同我們?cè)诘厍蛏峡丛虑虮砻娴囊粋€(gè)橙子。我們需要比哈勃太空望遠(yuǎn)鏡高出1000倍分辨率的望遠(yuǎn)鏡。

△ 望遠(yuǎn)鏡的分辨率——識(shí)別和測(cè)量天體細(xì)節(jié)的能力——通常用角度來(lái)表示（跟物體的大小和距離相關(guān)）。從地球看月球的角距大小為半度，或1800弧秒。一臺(tái)100米單口徑射電望遠(yuǎn)鏡的分辨率大約為60弧秒。人馬座的角距大小為0.000037弧秒，而事件視界望遠(yuǎn)鏡的分辨率為0.000015弧秒。（圖片來(lái)源：Vox）

基于此，科學(xué)家決定將橫跨全球的八個(gè)射電天文臺(tái)（有些是單個(gè)射電望遠(yuǎn)鏡、有些則是陣列射電望遠(yuǎn)鏡）連接起來(lái)，形成一個(gè)分辨率相當(dāng)于地球大小的望遠(yuǎn)鏡，稱為事件視界望遠(yuǎn)鏡（EHT）。利用長(zhǎng)基線干涉儀和合成孔徑綜合的技術(shù)，科學(xué)家將于2017年4月5日-14日期間對(duì)這兩個(gè)超大質(zhì)量黑洞進(jìn)行觀測(cè)，希望能夠拍攝到黑洞的事件視界。要知道，保證所有望遠(yuǎn)鏡都能夠看到這兩個(gè)黑洞的時(shí)間非常有限，今年則是在接下來(lái)的10天內(nèi)。

△ EHT的分辨率相當(dāng)于一個(gè)地球大小的望遠(yuǎn)鏡。（圖片來(lái)源：Nature）

在超大質(zhì)量黑洞的周圍會(huì)形成一個(gè)繞著它旋轉(zhuǎn)的吸積盤——由塵埃和氣體組成。從這些物質(zhì)輻射出的光的路徑會(huì)被黑洞的引力場(chǎng)扭曲。它的亮度和顏色預(yù)期也會(huì)跟預(yù)測(cè)中的方式一樣改變。天文學(xué)家期待 EHT 會(huì)看到一個(gè)明亮的新月形。根據(jù)多普勒效應(yīng)，在物質(zhì)朝向我們的那一邊會(huì)比較明亮，遠(yuǎn)離地球的那一邊會(huì)比較暗。

△ 藝術(shù)描繪：星系中心的超大質(zhì)量黑洞的事件視界。（圖片來(lái)源：M. Moscibrodzka, T. Bronzwaar and H. Falcke, Radboud University）

一旦各個(gè)望遠(yuǎn)鏡收集完所有的數(shù)據(jù)后，這些數(shù)據(jù)會(huì)被傳送到一個(gè)中央處理設(shè)備，一臺(tái)超級(jí)電腦將仔細(xì)的結(jié)合所有的數(shù)據(jù)，而這個(gè)任務(wù)很可能需要六個(gè)月的時(shí)間。只有在分析完所有的數(shù)據(jù)后，才會(huì)開(kāi)始真正的科學(xué)研究。預(yù)計(jì)該團(tuán)隊(duì)將在2018年發(fā)表他們的結(jié)果。

△ 為了穿過(guò)在靠近星系中央的濃厚的氣體和塵埃云，必須使用亞毫米射電望遠(yuǎn)鏡而不是光學(xué)望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行觀測(cè)。干涉技術(shù)：位于不同地點(diǎn)的射電望遠(yuǎn)鏡將在同一時(shí)間進(jìn)行觀測(cè)，最后將數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析后合并。（圖片來(lái)源：VOX）

事件視界望遠(yuǎn)鏡背后的科學(xué)團(tuán)隊(duì)希望通過(guò)拍攝黑洞的事件視界的第一張照片，以檢驗(yàn)黑洞物理學(xué)的基礎(chǔ)理論，比如測(cè)量事件視界的形狀和大小，以檢驗(yàn)在極端引力下廣義相對(duì)論是否正確。

△ 上：黑洞的事件視界（Event Horizon）、吸積盤（Accretion disc）和噴流（Jets）；中：吸積盤輻射出的光會(huì)受到黑洞的強(qiáng)大引力場(chǎng)而彎曲；下：預(yù)計(jì)會(huì)看到的黑洞圖像。（圖片來(lái)源：Nature）

此外，天體物理學(xué)家還希望EHT的數(shù)據(jù)能夠幫助他們解釋宇宙中最壯觀的一個(gè)現(xiàn)象：從超大質(zhì)量黑洞兩邊以接近光的速度噴出巨大的物質(zhì)流（噴流）。有一些黑洞（包括M87）的噴流的大小甚至比寄主星系還大。但并不是所有的星系都這樣，如果人馬座A也有噴流，那也是非常小和弱的，以至于至今都沒(méi)有觀測(cè)到?？茖W(xué)家也還不確定這些噴流是由什么物質(zhì)構(gòu)成的，但這些噴流在星系的演化中扮演著極其重要的角色。

無(wú)論最后EHT呈現(xiàn)給我們的黑洞是預(yù)期中的樣子，或者只是拍攝到一些模糊的像素，都將會(huì)對(duì)基礎(chǔ)物理、天文物理學(xué)和宇宙學(xué)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。