望向黑洞：人類首次直接觀測銀河中心黑洞

第一種、也是最重要的一種方法和今天的視界望遠(yuǎn)鏡的原理相同—通過連接多個(gè)在地理位置上間隔較大的射電望遠(yuǎn)鏡來創(chuàng)造一個(gè)干涉儀，干涉儀進(jìn)而可以將各地射電望遠(yuǎn)鏡的信號波收集并疊加起來，最后形成一股更強(qiáng)的新信號波。上世紀(jì)60年代早期，美國國家射電天文觀測站剛剛在弗吉尼亞州西部的格林班克落成，天文學(xué)家們就把包括它在內(nèi)由兩座觀測站組成的干涉儀指向了銀河系中心。1966年，在觀測相對低頻電磁信號的時(shí)候，他們接收到了今天所知的人馬座A*發(fā)出的第一組信號。當(dāng)時(shí)儀器的分辨率較低，無法進(jìn)行有實(shí)質(zhì)意義的觀測。8年之后，格林班克的天文學(xué)家獲得了更好的觀測條件，這讓他們能夠觀測到在銀河系中心密度極大、極光亮的地方發(fā)出的高頻電磁波。他們發(fā)現(xiàn)，某些類似于陀螺的物質(zhì)正在銀河系中心旋轉(zhuǎn)，而銀河系的其他部分正在圍繞它運(yùn)行。其中一名天文學(xué)家在8年后將這部分物質(zhì)命名為人馬座A*—當(dāng)我們從地球上看去時(shí)，它位于人馬座的中心。

在那之后，更靈敏、功能更強(qiáng)大的探測器和電腦讓射電天文學(xué)家能夠用更高頻率的電磁波、以更高的清晰度觀測銀河的中心。波長更短、頻率更高的輻射能夠提供更高的分辨率。更重要的是，由銀河系中心最極端環(huán)境—視界的邊緣—所發(fā)出的輻射更趨向于非常高的頻率。當(dāng)波長大于2毫米時(shí)，觀測銀河系中心就像“從結(jié)霜的浴室玻璃向外看”。Doeleman說，而當(dāng)波長小于等于1毫米時(shí)，“結(jié)霜的玻璃就會奇跡般地變得清晰”。

　　未來世界各地的碟形天線網(wǎng)絡(luò)

為了捕捉到那些1毫米波，天文學(xué)家需要跋山涉水。大氣中的水蒸氣會阻礙1毫米波的通過，因此高頻射電望遠(yuǎn)鏡都設(shè)在大氣干燥而稀薄的位置(比如莫納克亞火山)，這里有利于1毫米波的順利通過。目前，位于海拔5000米處智利阿塔卡瑪沙漠(世界上最干燥的沙漠)中的大型毫米波陣列天文臺(ALMA)正在建設(shè)之中。

ALMA很快將成為世界上最強(qiáng)大的射電望遠(yuǎn)鏡陣列，它有望于2015年加入EHT陣列。一旦它加入進(jìn)來，將成為Doeleman跨越全球的望遠(yuǎn)鏡陣列中至關(guān)重要的一站。即便有了ALMA的幫助，為了獲得觀測人馬座A*的事件視界所需要的數(shù)據(jù)收集能力，EHT仍然需要兩個(gè)、甚至更多的望遠(yuǎn)鏡。EHT的工作人員還需要更新每個(gè)觀測站的設(shè)備，包括目前在Haystack研究所效力的記錄器。未來，它記錄數(shù)據(jù)的速度將是目前速度的8倍。在這些工作完成后，他們的望遠(yuǎn)鏡必須能收集到足以形成一幅圖像的數(shù)據(jù)。

就像其他射電望眼鏡所生成的圖像一樣，這幅圖像將會是一幅由天空碎片組成的地圖—每個(gè)像素都代表了來自宇宙模糊區(qū)域的輻射強(qiáng)度。獲取數(shù)據(jù)需要一個(gè)晚上，而匯總數(shù)據(jù)需要幾個(gè)晚上。最后，一幅完整的圖像將呈現(xiàn)在人們面前。

理論學(xué)家們已經(jīng)使用超級電腦預(yù)測了這幅圖片的樣子。如果黑洞是平靜的，望遠(yuǎn)鏡就會看見在黑色圓盤的四周，有一圈淡淡的光暈，就像日蝕一樣。圓盤的一邊可能包含著一團(tuán)光，那是一個(gè)熱點(diǎn)，一團(tuán)圍繞著“事件視界”運(yùn)行的共生物質(zhì)。如果人馬座A*被發(fā)現(xiàn)的時(shí)候正在捕獲并吞噬某些巨大的物質(zhì)云，那么它看上去將會像一團(tuán)火球。