北京時間2022年5月12日晚9點，事件視界望遠鏡(EHT)合作組織正式發(fā)布了銀河系中心黑洞人馬座A*(Sgr A*)的首張照片。這是EHT合作組織繼2019年發(fā)布人類史上第一張黑洞照片，位于更遙遠星系M87中央黑洞照片之后的又一重大突破。

銀河系中心黑洞人馬座A*首張照片，圖片來自EHT合作組

這張銀河系中心超大質(zhì)量黑洞的圖像將射電天文學(xué)帶回了它的誕生地。事件視界望遠鏡(EHT)是全球8個毫米波射電望遠鏡所組成的觀測陣列，此次所拍攝的圖像區(qū)域正是首個被探測到的宇宙無線電波“發(fā)源地”。1932年，貝爾電話實驗室的工程師卡爾·揚斯基(Karl Jansky)發(fā)現(xiàn)了這一無線電波，這標志著射電天文學(xué)的開始。

對于銀河系研究，最早可追溯到意大利物理學(xué)家和天文學(xué)家伽利略(Galileo Galilei)。1610年，伽利略用望遠鏡發(fā)現(xiàn)銀河系盡管肉眼看上去像云一樣，但實際上由恒星組成。1785年，英國天文學(xué)家威廉·赫歇爾(William Herschel)繪制了一幅銀河系的初始圖。

1918年，美國天文學(xué)家哈羅·沙普利(Harlow Shapley)利用造父變星確定了銀河系的中心，確定了圍繞著銀河系的球狀星團，其中心位于人馬座的一個區(qū)域。該區(qū)域被厚厚的氣體云塵埃云擋住了可見光望遠鏡的觀測。造父變星作為變星的一種，是一類高光度周期性脈動變星，其亮度隨時間呈周期性變化，它的光變周期（即亮度變化一周的時間）與它的光度成正比，因此可用于測量星際和星系際的距離。

卡爾·揚斯基(Karl Jansky)，圖片來自NRAO/AUI/NSF

1928年，揚斯基受雇于貝爾實驗室，負責(zé)確定干擾短波無線電話通信的噪聲源，他設(shè)計了一種高度定向的天線。到1932年，他已經(jīng)確定了一些噪聲源，然而其中還有一個謎團，“一種非常穩(wěn)定、類似于嘶嘶聲的靜態(tài)聲音，其來源尚不清楚。”

這種嘶嘶聲出現(xiàn)的時間隨著季節(jié)變化而變化。在一位天文學(xué)家朋友建議下，揚斯基查閱了一些天文學(xué)書，并于1932年12月得出結(jié)論：奇怪的嘶嘶聲來自“太陽系外”。1933年4月，他在一次華盛頓特區(qū)會議上發(fā)表了一篇論文，宣布了這一發(fā)現(xiàn)。1933年5月5日，《紐約時報》在頭版報道了這一聲明。

10天后，揚斯基接受了一家全國性無線電臺網(wǎng)的采訪，表示已經(jīng)確定了噪音在太空中的位置，“這似乎證實了沙普利博士的計算，即無線電波似乎來自我們星系的重心。”

這一區(qū)域后來被稱為人馬座A，是該星座中最亮的無線電發(fā)射源。1951年，澳大利亞射電天文學(xué)家進一步縮小了發(fā)射源的范圍，認為它是銀河系的中心。

1974年，布魯斯·貝里克(Bruce Balick)和羅伯特·布朗(Robert Brown)利用美國國家射電天文臺的綠岸干涉儀(Green Bank Interferometer)發(fā)現(xiàn)了一個非常明亮而緊湊的天體，布朗后來給它起了個名字：人馬座A*(加了星號)。黑洞成為了解釋該天體發(fā)出明亮射電的主要原因。1994年，紅外和亞毫米波研究估測人馬座A*的質(zhì)量是太陽的300萬倍。

更遙遠星系M87中央黑洞M87*（左）與銀河系中心黑洞人馬座A*（右）的照片對比，圖片均來自EHT合作組

2002年，馬克斯·普朗克地外物理研究所Reinhard Genzel領(lǐng)導(dǎo)的團隊報告了一項為期10年的研究，研究了人馬座A*附近一顆名為S2的恒星軌道運動。該研究得出結(jié)論為銀河系中心天體人馬座A*的質(zhì)量是太陽的400多萬倍。

2009年，另一個團隊報告了對該區(qū)域恒星軌道的進一步觀測，并得出結(jié)論，中心天體可能是一個黑洞，因為目前還沒有其他現(xiàn)象可以解釋在如此小的空間內(nèi)為何能容納如此巨大的質(zhì)量。這項研究與關(guān)于人馬座A*的其他研究為加州大學(xué)洛杉磯分校的萊因哈德·根澤爾(Reinhard Genzel)和安德里亞·格茲(Andrea Ghez)贏得了2020年諾貝爾物理學(xué)獎，因為他們提出了“迄今為止關(guān)于銀河系中心存在超大質(zhì)量黑洞最令人信服的證據(jù)”。

銀河系中心的超大質(zhì)量黑洞人馬座A*，插圖來自EHT合作組，大圖來自NASA

此次EHT合作組拍攝的人馬座A*首張照片，則提供了銀河系中心超大質(zhì)量黑洞存在的直接視覺證據(jù)，其黑洞周圍產(chǎn)生的現(xiàn)象與理論預(yù)測相一致。這張照片成為了自伽利略研究銀河系到現(xiàn)今漫長研究歷史的一個頂點，有助于科學(xué)家進一步研究超大質(zhì)量黑洞周圍氣體行為的理論與模型。