舉世矚目的黑洞照片已經(jīng)公布，這張紅遍全球的圖像透露出哪些信息，未來天文學(xué)家還將會給我們帶來什么樣的驚喜？帶著這些問題，科技日報記者日前采訪了法國國家科學(xué)研究院（CNRS）兩位資深專家，詳細解讀黑洞照片背后的故事。
接受采訪的兩位“大咖”，一位是巴黎綜合理工學(xué)院教授、CNRS主任研究員馬休·德諾華，他在Leprince-Ringuet實驗室從事高能伽瑪天文學(xué)研究，在巴黎綜合理工學(xué)院講授高能天文學(xué)、量子力學(xué)等課程，是2018年CNRS銀獎獲得者；另一位是CNRS主任研究員娜塔莉·德呂埃勒，她在巴黎狄德羅大學(xué)宇宙學(xué)實驗室從事引力波和宇宙學(xué)問題研究，曾于巴黎綜合理工學(xué)院、巴黎高等師范大學(xué)講授廣義相對論，著有《現(xiàn)代物理學(xué)的相對論》《引力波》等書籍。
為黑洞拍照是一項創(chuàng)舉
德諾華對記者表示，給黑洞拍照首先是一項技術(shù)創(chuàng)舉，通過將干涉技術(shù)（VLBI）與位于全球的望遠鏡相結(jié)合，創(chuàng)造了一個巨大的“虛擬”望遠鏡，使角度分辨率達到前所未有的20微弧秒。這相當于從一萬公里外看到一毫米的物體，或者更形象的說，相當于從地面看到月球上的高爾夫球。
其次，取得黑洞照片是一項基礎(chǔ)性科學(xué)成果。多年來，已經(jīng)有很多非常有說服力的證據(jù)證明黑洞的存在，特別是近年檢測到引力波，不僅證實了廣義相對論的預(yù)測，同時還證實了“中間”質(zhì)量黑洞的存在（質(zhì)量約為數(shù)十個太陽）。但在此前的研究中，我們從未“看到”過黑洞。
這張“照片”是黑洞的第一張真實圖像，或者說是黑洞周圍環(huán)境的直接圖像：我們可以看到圍繞黑洞轉(zhuǎn)動的光線——可能是黑洞周圍的等離子體產(chǎn)生的。這是黑洞照片最重要的一個發(fā)現(xiàn)，類似于首次觀測脈沖星一樣，它開辟了一個新的觀測途徑。
歷盡艱辛，但還有很長的路要走
德呂埃勒認為，“事件視界望遠鏡（EHT）”項目取得的成就是一項非常重要的科學(xué)成果，為愛因斯坦廣義相對論提供了新的驗證。它證明了人類可以觀測到靠近黑洞視界的物質(zhì)運動，在精度達到一定程度后，將可以借此了解黑洞的引力場，并能夠探究現(xiàn)實中的黑洞是否符合愛因斯坦廣義相對論的預(yù)測。但要實現(xiàn)如此高的精度還有很長一段路要走。目前，這張照片證實了黑洞的質(zhì)量，但還不足以確定其轉(zhuǎn)速。此外，它雖然與廣義相對論“兼容”，但由于其不夠精確，同時也能夠與其他競爭模型兼容。
德諾華指出，EHT的工作還沒有完全完成，下一步它將把鏡頭對準銀河系中心的人馬座A*。銀河系中心的黑洞比M87星系中心黑洞更輕、更小，其周圍的光線環(huán)繞一周可能只需要數(shù)十秒，而M87星系黑洞周圍光線環(huán)繞一周則需要數(shù)小時。這將導(dǎo)致圖像會發(fā)生更多的變化，從而需要進行“動態(tài)”分析。此外，EHT還需要對黑洞做更細致研究，包括測量黑洞旋轉(zhuǎn)速度，觀察吸積過程物質(zhì)如何落入黑洞，從其他方面檢驗廣義相對論，觀察等離子噴射等。此后，EHT還可能將目標轉(zhuǎn)向其他黑洞，也將有更多天文臺加入，以進一步提升觀測能力。
還有更多未知等待探索
在問及除EHT之外，未來還有哪些重大天文項目和目標時，德諾華表示，為了更進一步提升觀測黑洞的精度，未來有兩個途徑可以提高角度分辨率：一是使用更小波長的電磁波，由于其頻率更高，需要進一步加強各觀測站的同步能力；二是增加望遠鏡陣列距離，EHT已經(jīng)充分利用地表距離，下一步需要將射電望遠鏡送入太空來增加望遠鏡之間的距離。而這些工作將需要在EHT之外建立更多國際合作。
德呂埃勒對此表示，美國激光干涉引力波天文臺（LIGO）和歐洲處女座引力波天文臺（VIRGO）探測到黑洞合并過程的引力波具有重要意義，它開創(chuàng)了人類通過引力波來探索宇宙的新路徑，而不僅僅是依靠光（以及宇宙射線、中微子等）。德呂埃勒期待日本KAGRA低溫引力波探測器盡早投入使用，加入到LIGO-VIRGO正在進行的觀測項目。另外，她還期待LISA空間引力波探測器盡快發(fā)射升空，它將允許我們借助引力波“看到”銀河系中心的超大質(zhì)量黑洞。在相關(guān)的另外一個領(lǐng)域，德呂埃勒認為，國際線性對撞機（ILC）如能修建，將可能揭示神秘的暗物質(zhì)和暗能量。
兩位專家都表示，目前還有許多其他大型研究項目，包括光學(xué)天文學(xué)（建設(shè)超大望遠鏡）、無線電、X射線、伽馬射線、中微子、引力波等等。隨著科研人員的不懈努力，相信未來將有更多世界級重大發(fā)現(xiàn)，引領(lǐng)我們一步步探索自身所處的神秘宇宙。（記者 李宏策）
