探讨首张黑洞图像的版权归属：揭秘其深远影响与意义

人类首张黑洞图像，蕴含着哪些重大价值
首张……
国家天文台苟利军研究员Flyingspace：
此次的直接成像不仅助我们确凿地证实了黑洞的存在，还通过模拟观测数据对爱因斯坦的广义相对论进行了验证。在视界面望远镜的运作过程及后续数据分析中，科学家们发现，所观测到的黑洞阴影与相对论所预测的几乎吻合，让人不禁再次赞叹爱因斯坦的卓越。
爱因斯坦
另一个重要价值在于，科学家们能够通过黑洞阴影的尺寸来限制中心黑洞的质量。这次对M87中心的黑洞质量进行了独立测量。在此之前，精确测量黑洞质量的方法相当复杂。
由于观测分辨率和灵敏度等因素的限制，目前对黑洞的细节分析还不够完善。未来随着更多望远镜的加入，我们期待看到黑洞周围更多、更丰富的细节，从而更深入地探究黑洞周围的气体运动、区分喷流的产生和集束机制，完善我们对星系演化的认知与理解。
左文文（上海天文台）：
若要评选出2019年最有价值和最受期待的照片，那么非下面这张照片莫属。这是5500万光年外的大质量星系M87中心超大质量黑洞的黑洞阴影图像，也是人类拍摄的首张黑洞图像。它是黑洞存在的直接“视觉”证据，从强引力场的角度验证了爱因斯坦广义相对论。
图1：M87星系中心超大质量黑洞（M87）的图像，上图为2017年4月11日的图像，图中心的暗弱区域即为“黑洞阴影”，周围的环状不对称结构是由于强引力透镜效应和相对论性射束（beaming）效应所造成的。由于黑洞的旋转效应，图片上显示了上（北）下（南）的不对称性。
这张照片于2017年4月拍摄，2年后才“冲洗”出来。2019年4月10日由黑洞事件视界望远镜（Event Horizon Telescope， EHT）合作组织协调在全球六地联合发布。
给黑洞拍照，具有三个科学价值：
1. 对黑洞阴影的成像将能提供黑洞存在的直接“视觉”证据。黑洞具有强引力，给黑洞拍照最主要的目的就是在强引力场下验证广义相对论，看看观测结果是否与理论预测一致。
2. 有助于理解黑洞是如何“吞噬”物质的。黑洞的“暗影”区域非常靠近黑洞吞噬物质形成的吸积盘的极内部区域，这里的信息尤为关键，综合之前观测获得的吸积盘更外侧的信息，就能更好地重构这个物理过程。
3. 有助于理解黑洞喷流的产生和方向。某些朝向黑洞下落的物质在被吞噬之前，会由于磁场的作用，沿着黑洞的转动方向被喷出去。以前收集的信息多是更大尺度上的，科学家无法知道在靠近喷流产生的源头处发生了什么。如果现在对黑洞暗影的拍摄，就能助天文学家一臂之力。
图2：哈勃空间望远镜拍摄的M87，图片版权：NASA
黑洞图像应该是这样：圆形阴影+光环
一百年前，爱因斯坦广义相对论提出后不久，便有科学家探讨了黑洞周围的光线弯曲现象。上世纪70年代，James Bardeen及Jean-Pierre Luminet等人计算出了黑洞的图像。上世纪90年代，Heino Falcke等天文学家们首次基于广义相对论下的光线追踪程序，模拟出银河系中心黑洞Sgr A的样子，引入了黑洞“阴影”的概念。
理论预测，受黑洞强引力场的影响，黑洞吸积或喷流产生的辐射光被黑洞弯曲，使得天空平面（与视线方向垂直的面）被黑洞“视边界”（apparent boundary）的圆环一分为二：在视边界圆环以内的光子，只要在视界面以外，就能逃离黑洞，但受到很强的引力红移效应，亮度低；而视边界圆环以外的光子，能绕着黑洞绕转多圈，积累的亮度足够高。
图3：广义相对论预测，将会看到一个近似圆形的暗影被一圈光子圆环包围。由于旋转效应，黑洞左侧更亮。图片版权：D. Psaltis and A. Broderick
从视觉上看，视边界内侧的亮度明显更弱，看起来就像一个圆形的阴影，外面包围着一个明亮的光环。故此也得名黑洞“阴影”（black hole shadow）。这个阴影有多大呢？史瓦西黑洞的阴影直径是视界直径的5.2倍；如果黑洞转得快，阴影直径也有约4.6倍视界半径。如此看来，黑洞视边界的尺寸主要与黑洞质量有关，而与黑洞的自转关系不大。
后来，更多科学家针对黑洞成像开展了大量的研究，均预测黑洞阴影的存在。因此，对黑洞阴影的成像能够提供黑洞存在的直接“视觉”证据。
今天只是起点，未来将看到更多精彩
其实，人类关于黑洞的理论预测出现的时间不短，VLBI技术也并非近十年才成熟。为什么现在才“拍”到第一张黑洞图像呢？一个重要的原因是，想要利用VLBI技术构成一个等效口径足够大、灵敏度足够高的望远镜，需要在全球各地广泛地分布着足够多的这类望远镜。过去十年中，技术的突破、新射电望远镜的不断建成并加入EHT项目、算法的创新等，终于让天文学家们打开了一扇关于黑洞和黑洞视界研究的全新窗口。
参与此次EHT观测的上海天文台专家一致表示，对M87黑洞的顺利成像绝不是EHT的终点站。
一方面，对于M87的观测结果分析还能更加深入，从而获得黑洞周围的磁场性质，对理解黑洞周围的物质吸积及喷流形成至关重要。
另一方面，大家翘首以待的银河系中心黑洞Sgr A的图像也要出炉了。
EHT项目本身还将继续“升级”，还会有更多的观测台站加入EHT，灵敏度和数据质量都将提升，让我们一起期待，未来看到M87和Sgr A*的更高清图像，发现图像背后的黑洞奥秘。
总之，人类既然已经拍到第一张黑洞图像，那黑洞成像的春天还会远吗？

总之，人类既已捕捉到首张黑洞影像，那么黑洞成像的盛夏亦不会遥远。

首张黑洞图像的获取，需借助8台望远镜及数百万次模拟。
一个多世纪前，爱因斯坦提出了广义相对论，而现代物理中的黑洞理论正是建立在它之上。近几十年来，天体物理学家已为这些神秘天体找到了压倒性的证据。他们观测到黑洞对邻近恒星和行星轨道的影响；他们“聆听”到来自黑洞碰撞产生的振动，即时空涟漪——引力波。但直至此刻，他们才“亲眼目睹”了黑洞。4月10日，事件视界望远镜（EHT）国际合作项目的天体物理学家宣布，他们首次捕捉到了黑洞的图像。
该图像拍摄于2017年4月，是事件视界望远镜合作项目在全球使用8台望远镜进行的为期5天的观测结果。图像描绘了围绕室女座星系团中超大质量星系M87中心一个超大质量黑洞旋转的发光气体。M87是一个距离地球5400万光年的星系。然而，黑洞的特征“事件视界”隐藏在明亮的光线之后，那里是时空深渊的边缘。那里的引力极其强大，以至于连光线都无法逃脱。亚利桑那大学的费娅尔·厄泽尔（Feryal Ozel）是事件视界望远镜合作项目的成员之一，她说：“这是一个没有反光的点。”在图像中，事件视界呈现为“光的突然消失”。
此前，研究人员曾在M87黑洞的预测位置捕捉到一团喷射出来的光，但由于观测仪器远没有事件视界望远镜那么敏锐，他们无法确切地看到黑洞。“这就像从一个廉价的智能手机摄像头换成了一个高清IMAX影院，”哈佛大学的天体物理学家安德鲁·斯特罗明格（Andrew Strominger）说道。他没有参与这项工作。
这个黑洞的质量大约是太阳质量的65亿倍。尽管如此，从地球上较有利的位置看，它依然非常微小，在天空中只有50微弧秒宽，就相当于看一个放在月球上的甜甜圈。它需要8个不同的望远镜才能成像。望远镜收集的观测数据以十亿分之一秒的精度同步。
为了看清黑洞的明暗边界，天体物理学家们捕捉到了无线电波——人类肉眼看不见的1.3毫米波长的光，由环绕黑洞旋转的气体发出。这些气体发出各种波长的光，包括可见光，但研究人员选择了这一特定波长，因为它可以在不被吸收的情况下穿过整个星系，甚至穿过地球大气层。不过，要想在所有8个望远镜所在的地点看到黑洞，还是需要良好的天气。费娅尔·厄泽尔表示，在开启望远镜之前，他们必须监测空气中的湿度，过高的湿度会破坏成像效果。为了减少雨水的影响，研究人员在干燥地区建造了望远镜，包括南极洲的南极点和智利的阿塔卡马沙漠。
M87黑洞离地球相对较近，望远镜接收到的光是它在5400万年前发出的，所以我们看到的它正处于一个相对更成熟的阶段。“在宇宙年龄的这个节点，黑洞已经平静下来，”费娅尔·厄泽尔说，“它们基本上是在吞噬来自附近恒星的气体。”M87的黑洞确实释放出明亮的气体喷射，但与更遥远的年轻黑洞相比，它仍然显得相当暗淡。这些较年轻的黑洞积累了大量的物质，所以它们的发光气体漩涡更加明亮。
拍摄这张照片耗费了20年的时间。这项工作的一部分是设计、建造和将各种硬件运送到不同的望远镜地点。另一方面，科学家也必须通过尽可能精确地确定黑洞的物理性质，来预测他们可能看到的东西。自2000年研究生时代起，厄泽尔就一直致力于拍摄黑洞。她表示，他们已经对黑洞进行了数百万次模拟，每个黑洞都有不同的质量、旋转速度、方向以及其他特征。这些模拟有助于他们了解应该如何设计望远镜，以及应该将望远镜指向何处。
不过，研究人员并不只是在追求漂亮的图片。在宇宙中，黑洞是已知最极端的实体之一。众所周知，黑洞将大量的质量聚集在一个点上，使得它实际上成为一个密度无穷大的物体。这种密度产生了巨大的引力，没有人能看到它的内部。厄泽尔说：“它们是宇宙中唯一能创造出宇宙其他部分无法到达的时空区域的物体。”正是因为黑洞如此极端，研究人员才迫切想要了解它们的特征，看看它们是否与广义相对论的其余部分吻合。“我们都觉得自己对空间和时间有一种直觉，但爱因斯坦告诉我们，这种直觉只有在我们已经习惯的情况下，也就是引力场非常弱的情况下才会成立，”斯特罗明格说，“当引力场变强时，会发生各种各样疯狂的事情。”
迄今为止，研究人员所观察到的关于M87黑洞的一切——它的质量和事件视界大小——都与爱因斯坦的理论相一致。但未来更详细的观察可能会揭示出意想不到的特征。斯特罗明格希望看到类似M87这样快速旋转的黑洞的图像。根据理论计算，如果黑洞旋转得足够快，它们就会在时空中形成一个虫洞。未来的黑洞图像可能有助于证实或驳斥这些假设。斯特罗明格期待着有一天，当图像足够清晰时，我们可以看到一个黑洞及其相关的虫洞。“这真的是非常，非常奇特而科幻的东西，而我们可能有朝一日将看到它，”他说。
厄泽尔说，这张照片仅仅是个开始。研究人员计划把望远镜转向其他黑洞，收集完整的黑洞图像簿。他们还计划对这个黑洞拍摄更多、质量更好的图片，以便更详细地了解它的特征和行为。