掀起黑洞的蓋頭來

趙君鵬

黑洞是宇宙中一種奇異的存在，它們的數量不可勝計，雖然體積大小不一，質量千差萬別，但有一點是相同的：都是漆黑一團。它們就像蒙在蓋頭下的神秘女子，迄今為止，還沒有人能夠一睹芳容。但是，這種情況在2018年有可能會改變。在這一年，人類有可能通過技術手段第一次看見黑洞的真容。

愛因斯坦曾預言：宇宙中有這樣一種特殊的天體，它的密度巨大，引力超強，以至于光都無法逃脫。1968年，美國天體物理學家約翰·惠勒將這種天體命名為“黑洞”。根據愛因斯坦的相對論可以計算出，僅在銀河系，就有一千多萬個黑洞。但是到目前為止，天體物理學家只確認了二十多個黑洞的存在。

也許你會感到好奇：既然看不見黑洞，科學家是怎么確認黑洞的存在呢？一些黑洞隱身在恒星的旁邊，它們將恒星的氣體吸引到自己周圍，產生一個圍繞自己旋轉的氣體盤。當吸引的氣體過多的時候，在磁場的作用下，一部分氣體會沿著旋轉的方向被拋射出去，形成噴流，特別壯觀。雖然黑洞難以被人們看見，但是氣體盤和噴流因為氣體摩擦會發出明亮的光芒，并產生大量的輻射，這些很容易被科學家觀測到。就像孫悟空在七十二般變化時掩蓋不了自己的尾巴一樣，這些光和輻射暴露了黑洞的藏身之處。

發現黑洞的藏身之處相對容易，可是要看到黑洞的真容就困難了。就像你在地球上，想要通過望遠鏡看清楚月球上的一個蘋果，這個望遠鏡需要有超級的放大倍數才行。黑洞距離遙遠，任何現有的單個望遠鏡都難以看清楚它的真實面貌。2017年，來自全球三十多個研究所的科學家開展了一項觀測活動，他們利用分布在西班牙、美國、智利、南極等不同地區的8個亞毫米射電望遠鏡組成了一個虛擬的望遠鏡網絡。這些望遠鏡聯合起來所“拼成”的虛擬望遠鏡直徑和地球一樣大，空間分辨率極高。科學家確信，在銀河系的中心、距離地球二萬五千光年的人馬座A*，有一個質量巨大的黑洞。這些望遠鏡相互協作，在2017年4月中有連續5天的時間，將觀測目標設定為這個地方，一起記錄下制作黑洞圖像所必需的信息。之所以選定這個目標，是因為它的距離和質量相對而言適合觀測。即便如此，每晚觀測所產生的數據量都達到了二百萬G，與歐洲大型質子對撞機一年產生的數據量相似，所以科學家在觀測時難以實時分析，更不可能在屏幕上看到黑洞的實時圖像。

這么多的數據該怎么樣匯總分析呢？不要擔心，觀測結束后，所有的數據將被送到兩個數據中心。這兩個數據中心，一個位于美國，一個位于德國。然后，大型計算機集群會開始合并、分析數據，最終制作出黑洞的圖像。這個過程將耗時半年到一年。在現實操作中，由于種種原因，位于南極的射電望遠鏡的觀測數據直到2017年12月才被送到。如果不出意外，2018年，科學家將制作出第一張黑洞的照片。

這次觀測所能看到的，只是黑洞的外貌，以現有的科技水平，我們還看不到黑洞的內部。那么，觀測黑洞及研究黑洞的真容有什么意義呢？這不僅能證明黑洞是客觀存在的，還能讓人們更加深入地理解愛因斯坦的廣義相對論，同時也能讓我們了解黑洞如何影響星系的演化，從而讓我們以一種全新的視角重新認識宇宙。