事件視界望遠鏡（Event Horizon Telescope）拍攝到了M87星系中心巨大黑洞的陰影。環形明亮部分的光環尺寸相當於從地球上看月球表面放置的棒球時的尺寸。該黑洞距離地球5500萬光年，質量達到太陽的65億倍。
M87星系中心的巨大黑洞陰影。(Credit: EHT Collaboration)
事件視界望遠鏡是一個國際合作專案，組合了地球上的8臺射電望遠鏡，目的是拍攝黑洞影像。2019年4月10日，研究小組在全球6個地區同時舉行記者發佈會，宣佈首次透過影像直接證明了巨大黑洞及其影子的存在。事件視界望遠鏡專案把全球各地的射電望遠鏡結合起來，創造了一個擁有超高靈敏度和解析度、尺寸與地球差不多大的虛擬望遠鏡。
事件視界望遠鏡的負責人謝帕德·多勒曼（Sheperd Doeleman、 哈佛-史密森天體物理可用能中心）說：「人類終於第一次捕捉到了黑洞的模樣。應該說這是200多名研究人員組成的團隊共同取得的偉大科學成就」。
黑洞雖然質量巨大，但在宇宙中則是一個非常小的特殊天體，完全黑暗，連光也無法逃脫其重力範圍。黑洞的存在扭曲了其周圍的空間時間，周圍的物質被劇烈加熱。
黑洞陰影可以說是視覺上最接近黑洞的理論極限。黑洞的表面被稱爲「事件視界（Event Horizon）」，尺寸比黑洞陰影小2.5倍。以M87中心的巨大黑洞爲例，其事件視界的尺寸約爲400億公里。
荷蘭拉德堡德大學的海諾·法爾克（Heino Falcke）說：「如果黑洞周圍有發光氣體那樣的明亮物質，那麼黑洞看起來應該像‘陰影’一樣暗。這是可以根據愛因斯坦的廣義相對論推斷出來的，不過人類以前從未直接見過」。他解釋說：「黑洞的重力使得光被彎曲或擷取，由此形成黑洞陰影。對其進行調查的話，可以瞭解黑洞這種魅力天體的很多性質，還能測量黑洞的質量」。
（上）黑洞周圍的光的軌跡模式圖。當光與黑洞的距離近到一定程度時，就會被黑洞的重力擷取，圍繞着黑洞旋轉並最終被黑洞吸入。在比這個距離更遠一些的位置透過的光線，其行進方向會被彎曲，因此本來不會到達地球的光也能到達地球。
（下）射向地球的光路的斜視圖。可以看出，在内側的一定範圍内，光線不會射過來。這就是黑洞陰影。(Credit: Nicolle R. Fuller/NSF)
研究小組透過使用多種資料校準和成像方法，在明亮的光環中生成了黑暗區域。這就是黑洞陰影。即使利用事件視界望遠鏡反復觀測，這個陰影的存在也是確定無疑的。
東亞天文臺臺長賀曾樸（Paul Ho）表示：「在確信可以顯示黑洞陰影后，我們將類比結果與這張影像進行了比較。類比時結合了黑洞周圍的空間時間扭曲、超高溫氣體及磁場等多種效果。觀測所得的影像與理論預測驚人地一致。這使得我們對黑洞質量的推測以及合成的黑洞影像的意義都充滿了信心」。
爲實施事件視界望遠鏡，需要對以下8臺望遠鏡進行改良並將其結合在一起，這8臺望遠鏡分別是阿塔卡馬探路者實驗望遠鏡（APEX，智利）、阿塔卡馬大型毫米波/亞毫米波陣列望遠鏡（ALMA，智利）、IRAM30m毫米波望遠鏡（西班牙）、詹姆斯·開克·小麥克斯韋望遠鏡（美國夏威夷）、阿爾方索·塞拉諾大型毫米波望遠鏡（墨西哥）、亞毫米波陣列望遠鏡（美國夏威夷）、亞毫米波望遠鏡（美國亞利桑那）及南極望遠鏡（南極），這項工作本身就是一個挑戰。望遠鏡的設置地點包括夏威夷和墨西哥的火山、亞利桑那州和西班牙的内華達山地、智利的阿塔卡馬沙質沙漠以及南極站。雖然這些場所都是觀測條件良好的地點，但對人類來說，環境非常惡劣。
事件視界望遠鏡採用名爲甚長基線干擾測量（Very Long Baseline Interferometry: VLBI）原理。透過使設置在全球各地的望遠鏡起伏同步，並利用地球的自轉，構成了一個尺寸與地球差不多大的望遠鏡。此次，事件視界望遠鏡觀測的是波長爲1.3mm的電波。透過採用VLBI，事件視界望遠鏡實施了20微角秒的極高解析度。換算成人類的視力值，相當於300萬，能在地球上看到月球表面放置的高爾夫球。
望遠鏡獲得的原始數據合計高達數PB，利用設置在德國馬克斯·普朗克射電天文研究所和美國麻省理工學院海斯塔克天文臺的專用超級計算機進行了處理。（日文發佈全文）
參與觀測的望遠鏡設置地點。(Credit: NRAO/AUI/NSF)
文：JST客觀日本編輯部
