给黑洞拍特写，然后呢？
世界著名的黑洞照片已经发布。这张全屏幕图像揭示了什么信息，天文学家在未来会给我们带来什么惊喜？考虑到这些问题，《每日科学》记者采访了两位来自法国国家科学研究所(CNRS)的高级专家，详细阅读了黑洞照片背后的故事。
接受采访的两位“头面人物”，一位是巴黎理工大学教授、CNRS首席研究员马修·诺华。他在莱普林斯-林格特实验室从事高能伽马天文学研究，并在巴黎理工大学教授高能天文学、量子力学和其他课程。他是2018年CNRS银奖的获得者。另一位是娜塔莉·德勒，CNRS的首席研究员。她在巴黎狄德罗大学的宇宙学实验室从事引力波和宇宙学的研究。她在巴黎理工大学和巴黎高等师范大学教授广义相对论，并写了《现代物理学中的相对论》和《引力波》等书。
拍摄黑洞是一项创新
诺华教授告诉记者，拍摄黑洞照片首先是一项技术创新。通过将干涉技术(VLBI)与位于世界各地的望远镜相结合，一个巨大的“虚拟”望远镜已经被制造出来，达到了前所未有的20微秒的角度分辨率。这相当于从10，000公里外看到一个毫米物体，或者更形象地说，相当于从地面上看到月球上的高尔夫球。太空基本上是透明的，这使得波长为1.3毫米的无线电波能够穿过密集的星系区域，最终到达地球，让我们能够看到星系深处的物体。
其次，获取黑洞照片是一项基本的科学成就。根据广义相对论，重力被视为空间和时间的几何(变形)属性，而不是简单地理解为巨大物体之间的相互作用力。这意味着零质量粒子(例如光子)像大质量粒子一样受到重力的影响，导致大质量物体附近的光线轨迹发生偏转。英国物理学家阿瑟·爱丁顿在1919年首次通过日全食证实了这一现象。多年来，已经有很多非常令人信服的证据证明黑洞的存在，特别是近年来对引力波的探测，这不仅证实了广义相对论的预测，也证实了“中等”质量黑洞的存在(质量大约是几十个太阳)。然而，在以前的研究中，我们从未“见过”黑洞。
这张“照片”是黑洞的第一张真实图像，或者是黑洞周围环境的直接图像:我们可以看到围绕黑洞旋转的光——可能是由黑洞周围的等离子体产生的。这是黑洞照片中最重要的发现。类似于对脉冲星的首次观测，它开辟了一种新的观测方式。
历经艰辛，但仍有很长的路要走。
诺华教授说，EHT项目的难点之一是如何使望远镜同时“按下快门”，以及如何在10纳秒内控制相隔数千公里的天文台的同步时间，这就需要开发新的专用仪器和科学组织协调。像大多数国际科学合作项目一样，EHT有管理团队、科学委员会和工作组(仪器、校准、数据处理、传播、科学等)。)。一般来说，参与的科学家根据他们的个人兴趣和能力自愿参加一个或多个工作组。科学委员会总结和研究各工作组科学家的建议，并提出需要优先考虑的指导性建议。初步准备工作完成后，EHT确定了每个望远镜的观测时间，并同时在不同地点组织数据收集。
德尔勒教授认为，“事件地平线望远镜(EHT)”项目的成果是一项非常重要的科学成就，为爱因斯坦的广义相对论提供了新的验证。它证明了人类可以观察黑洞视界附近物质的运动。在达到一定的精确度后，他们就能了解黑洞的引力场，并能探索真正的黑洞是否符合爱因斯坦对广义相对论的预测。但是要达到如此高的精度还有很长的路要走。目前，这张照片证实了黑洞的质量，但不足以确定它的旋转速度。此外，尽管它与广义相对论“兼容”，但由于它的不精确性，它也与其他竞争模型兼容。
诺华教授指出，EHT的工作还没有完全完成，下一步他将把重点放在银河系中心的人马座A*上。银河系中心的黑洞比M87黑洞“轻”和“小”。黑洞周围的光可能只需要几十秒，而M87黑洞需要几个小时。这将导致图像的更多变化，因此需要“动态”分析。此外，EHT还需要对黑洞做更详细的研究，包括测量黑洞的旋转速度，观察物质在吸积过程中如何落入黑洞，从其他方面测试广义相对论，观察等离子体喷射等。之后，EHT也可能将目标转向其他黑洞，更多的观测站将加入该项目，以进一步提高其观测能力。
还有更多未知要探索。
当被问及未来除EHT以外的其他主要天文项目和目标时，诺华教授表示，为了进一步提高观测黑洞的精度，未来有两种方法来提高角度分辨率:一是使用波长较小的电磁波，由于其频率较高，需要进一步加强各观测站的同步能力；第二是增加望远镜阵列的距离。EHT充分利用了地表距离。下一步是将射电望远镜送入太空，以增加望远镜之间的距离。这些努力需要EHT以外的更多国际合作。
对此，德尔勒表示，LIGO和处女座在黑洞合并过程中对引力波的探测意义重大。它为人类创造了一种通过引力波探索宇宙的新方法，而不是仅仅依靠光(以及宇宙射线、中微子等)。)。德尔勒教授预计，日本的KAGRA低温引力波探测器将尽快投入使用，并将被添加到LIGO-处女座号正在进行的观测项目中。此外，她还希望LISA的空间引力波探测器能尽快发射，这将使我们能够“看到”银河系中心的超大质量黑洞和引力波。在另一个相关领域，德勒认为，如果国际线性对撞机(ILC)能够建成，它可能会揭示神秘的暗物质和暗能量。
两位专家都表示，还有许多其他大规模的研究项目，包括光学天文学(建造超大型望远镜)、无线电、X射线、伽马射线、中微子、引力波等。在科研人员的不懈努力下，我相信将来会有更多世界级的重大发现，这将引导我们一步一步地探索宇宙的奥秘。