2019-04-12 23:26:27 佚名

地理那些事

科學家之所以這樣做，還不是因為這個黑洞相對而言更好拍攝罷了，至於說為什麼，那當然是因為這個黑洞的質量更大，吸積盤也更大，所以也更容易被觀測到。

黑洞在宇宙中是廣泛存在的，在我們的銀河系中，也有一個超級黑洞，而這個黑洞不在別的地方，正是在銀河系的中心，距離地球2.6萬光年，質量為太陽質量的400多萬倍，這個黑洞被命名為人馬座A*，它是距離地球最近的黑洞，在銀河系形成的早期，黑洞起到了至關重要的作用，實際上在每一個星系中心都會有一個質量很大的黑洞，這些黑洞對於星系的早期形成意義重大，它起到了凝聚星系物質的作用，讓星系物質不至於成為一盤散沙。

黑洞我們可能都不陌生，我們也知道，黑洞是無法被直接觀測到的，因為黑洞不發光，原因在於黑洞的引力場如此強大以至於哪怕是光線進入了黑洞的臨界視界，都不能逃逸出來，這樣就表現為黑洞不發光了。既然黑洞不發光，那麼黑洞的照片是怎麼來的呢？其實我們是通過黑洞對周圍物質的影響來判斷黑洞是否存在的，黑洞的周圍，會形成一個發光的圓盤，這個圓盤就是黑洞的吸積盤，被黑洞吸收的恆星氣體物質在被黑洞引力拉扯過去的時候，粒子速度不斷增大，相互之間的碰撞也越來越大，導致了激發出了x射線和γ射線，從而可以被觀測到。

位於銀河系中心的人馬座A*，質量為太陽質量的400多萬倍，而M87*，其質量達到了太陽質量的65億倍，一比較下來，其質量是人馬座A*的1500多倍，所以其臨界半徑也是前者的1500多倍，當然了，它跟地球的距離也是更遠了，達到了5500萬光年，但是實際上臨界視界視直徑差距並不大，所以關鍵就在於吸積盤的大小。

實際上M87*比人馬座A*要活躍得多，前者正在吞噬大量的恆星物質，它每天吞噬的質量相當於地球質量的90倍，大概10年的時間就可以吞噬掉一個太陽質量的物質，而後者吞噬物質的速度很慢，大概1000年才能吞噬一個太陽質量的物質。既然吞噬物質的速度更快了，那麼M87黑洞周圍就會釋放出更加強大的電磁波，也更容易被望遠鏡捕獲了。

最後其實還有一個原因，那就是因為人馬座A黑洞本身位於銀河系當中，所以當身處銀河系中的我們對其進行觀測的時候，星際空間之中存在的大量星際塵埃以及發光恆星都會對觀測造成很大的干擾，而M87黑洞處於外星系，而且和地球的連線也不通過銀河系中心，所以受到的銀河系中星際物質的影響很小，對於觀測的精度而言，會有很大的提升，相對來說也更加嚴密。

鏡像宇宙

人類歷史上關於黑洞的第1張真實照片已經於昨天公佈於眾，它是距離我們5500萬光年之外的m87星系的中心黑洞的景象，那麼科學家們為什麼選擇距離我們如此遙遠的一個黑洞作為拍攝對象，卻不選擇距離我們只有2.6萬光年的銀河系中心黑洞人馬座a*來拍攝呢？

人馬座a*是銀河系中的最大黑洞，質量約為太陽的431萬倍，距離也比m87星系中心黑洞進的多，如果選擇它來拍攝照片的話，應該要比m87星系中心黑洞更清晰更逼真吧！但是科學家們為什麼沒有選擇人馬座a*卻選擇了m87中心黑洞呢？

可能有的朋友認為是因為觀測人馬座a*黑洞會受到各種干擾，因為銀心那裡的恆星非常多，發出的大量電磁波輻射會給射電望遠鏡造成不良影響，而且也有不少恆星和星雲等天體會阻擋人馬座a*的觀測，所以人馬座a就不容易被拍到了。

其實這種理由非常牽強，因為m87星系的中心黑洞也有著一樣的問題，而且這個星系是一個橢球狀星系，體積是銀河系的上百倍，厚度要比銀河系厚得多，所以相比較我們銀河系而言，這個星系更不容易被觀測到其最中心的事物，因為阻擋觀測的恆星和星雲會更多。

那麼是什麼原因讓科學家們選擇了遙遠的m87星系中心黑洞拍攝，卻放棄了銀河系中心黑洞人馬座a*呢？其實最主要的原因還是兩者對周圍物質的吸取作用強弱決定的。

我們再看m87星系中心黑洞的照片，其中心陰影部分就是黑洞所在的地方，但是那一片區域是因為其周圍存在著明亮的火紅色吸積盤才顯現出來的，如果周圍沒有那個吸積盤，我們將無法判斷那個黑洞的存在，也更不可能拍攝到它存在的照片了。

因此，科學家們之所以能拍攝到並公佈出m87星系中心黑洞的照片，並非是這個黑洞的質量和體積更為巨大（質量為太陽的64億倍，體積為太陽的萬億倍以上，密度較低），而是因為這個黑洞周圍有著足夠強足夠亮的吸積盤，而在這個吸積盤的映襯之下，我們就能看到m87星系中心黑洞的存在了，所以可以拍攝出這個黑洞的照片。

但是銀河系中心黑洞就沒有這樣的條件，雖然它的質量也很大，但是它周圍並沒有足夠亮的吸積盤，甚至可以說都沒有吸積盤存在，科學家們預估銀河系中心黑洞每1000年才會吸收一個太陽的質量，所以銀河系中心黑洞周圍形成吸積盤的時刻並不易把握，那麼在其周圍沒有吸積盤的時候，我們是無法看到這個黑洞的存在的，更別說給它拍照片了。但是m87星系中心黑洞就不是這樣，它對於周圍物質的吸收能力非常強，可以說比銀河系中心黑洞人馬座a*強得多，所以它的周圍存在明亮的吸積盤。

所以，人馬座a*黑洞雖然距離我們更近一些，但是由於並不具備拍攝照片的條件，但是m87星系中心黑洞雖然距離遙遠，卻具備拍攝照片的條件，因此我們看到的第1張黑洞照片就是M87星系中心黑洞了。

人類的方向

距離地球最近的黑洞是3000多光年的麒麟座V616，銀河系中的人馬座a黑洞距離地球也只2.6萬光年，4月10公佈的M87黑洞距離地球有5500萬光年之遙。

而科學家卻捨近求遠去拍5500萬光年外的M87黑洞，這是為什麼呢？

原因應該有很多，我參考了相關資料，認為有以下幾個原因：

銀河系中心的人馬座a黑洞距離地球有2.6萬光年，是個超級大質量黑洞，質量有太陽的400萬倍。這個黑洞周圍有大量恆星、星雲和氣體在繞著它快速運轉，它們釋放的電磁波嚴重干擾了人馬座a黑洞的電磁波信號，以致黑洞無法成像。M87黑洞位於橢圓星系中的M87星系中，並且在室女座方向，所以M87黑洞所受其它星體干擾要少很多，利於天文觀測和收集數據;
M87黑洞個頭比人馬座a大很多，質量是後者的1500倍，雖然距離遠了，但並不影響天文觀測和後期沖洗成像;
M87黑洞吞吐量是人馬座a的幾萬倍，天文觀測它比後者活躍很多，我們在4月10日看到的清晰照片就可以看出，M87黑洞的吸積盤呈圓形的紅光圈，有些還呈現了刺眼的紅白光，它只有不斷吞噬大量物質才會出現這樣的情形。
人們對M87黑洞比較陌生，不像人馬座a那樣在一些教科書裡都已是常客了。所以集成M87黑洞照片與後者的意義不同，研究它能讓人們較全面的理解黑洞和宇宙。

總之人類已拍下了第一張黑洞M87照片，那麼人們再次目睹人馬座a黑洞、麒麟座V616黑洞、仙女系中心的黑洞…照片大概也不遠了。

弄潮科學

人馬座A*是位於銀河系中心的黑洞，它也是距離地球最近的超大質量黑洞，而這次事件視界望遠鏡兩個黑洞都拍攝了，而並非是只拍攝了M87中心的超大質量黑洞。圖：M87中心黑洞事件視界照片

先來對比一下兩個超大質量黑洞：

人馬座A*：這個黑洞位於銀河系中心，質量是太陽的460萬倍，距離我們大約是2.6萬光年，按事件視界算直徑大約是4400萬公里；

M87*：這個黑洞位於M87橢圓星系的中心，質量大約是太陽的65億倍，距離我們大約5500萬光年，按照事件視界算體積是太陽的640萬倍:

根據科學家的計算這兩顆黑洞距離我們較遠的佔據空間大，距離我們較近的佔據空間小，拍攝這兩個黑洞最終的成像視直徑大小是類似的，這也意味著人馬座A*的照片和4月10日前發佈的黑洞照片區別不會太大，待後續該團隊可能會發布。

但是由於M87*的吸積盤會更大輻射會更多，同時由於較活躍又會有大量的噴流，對於事件視界望遠鏡的成像相對來說會更容易一些。而銀心黑洞會有更多的氣體物質暗星雲的遮擋，拍攝可能會很更難一些。

圖：各波段的銀心

在2017年4月5日-4月14日事件視界望遠鏡分別對兩個超大質量黑洞進行了成像，但是2019年4月10日公佈的只是M87中心的黑洞，後續可以稍微期待一下銀心黑洞，效果可能會更差一點。

圖/來源網絡侵刪

歡迎點評

科學黑洞

人馬座A*是最接近地球的超大質量黑洞，它就在我們星系的中心，相距大約2.6萬光年。然而，第一張黑洞照片卻不是來自人馬座A*，而是來自5400萬光年之外的M87*超大質量黑洞。那麼，為什麼不拍攝更近的人馬座A*呢？

關於原因，主要有以下三個：

首先，M87*遠大於人馬座A*，前者的質量和視界直徑可達後者的1500倍，M87*在超大質量黑洞的行列中算得上相當龐大。雖然M87*的距離更遠，但它足夠大，使其並不顯小。通過計算可知，人馬座A*的視界視直徑大約為M87*的1.2倍，所以從大小上來看，拍攝這兩個黑洞不會有什麼區別。

第二個原因，M87*要比人馬座A*活躍得多。M87*正在大量吞噬氣體雲，每天吞噬掉的質量相當於地球的90倍，每十年吞噬掉的質量相當於一個太陽。因此，M87*周圍會形成一個巨大的發光吸積盤。本身不會發光的黑洞是無法直接拍攝到的，只能通過吸積盤來襯托出黑洞的存在，所以擁有巨大發光吸積盤的M87*更容易被拍攝到。

第三個原因，在太陽系和銀心之間的星際空間中存在著大量的氣體和塵埃，它們會阻擋人馬座A*的吸積盤所發出的電磁波，從而對成像造成嚴重的干擾。而M87星系是一個橢圓星系，這種星系都有一個共同特徵，那就是它們包含的氣體和塵埃相對較少，大多數氣體雲早已在此前形成恆星的過程中消耗掉。並且M87星系並非處在銀心方向，而是位於室女座方向，所以銀河系中的星際塵埃對其阻擋也相對較少。因此，M87星系中的黑洞更容被觀測到。

總結一下，與人馬座A*相比，M87*的視界視直徑並不小，它的吸積盤相對較大，並且受到星際塵埃的干擾較少，所以更理想的拍攝目標是M87*，而不是離我們更近的人馬座A*。

火星一號

事實是視界望遠鏡（EHT）把人馬座A*和M87*這兩個超大質量黑洞都拍了，結果M87更上鏡，所以這次發佈的是M87*黑洞照片，這是週三發表在Astrophysical Journal Letters上的文章明確表明的。

M87黑洞在梅西耶87星系的中心，大約5500萬光年遠，質量約為太陽的65億倍，視界直徑約為1.5光年，約400億公里，大致相當於我們太陽系的大小，人馬座A*體積更小，但距離地球只有約26000光年，在天空中看起來和遠得多的M87差不多大，在地球上觀察M87*和人馬座A*的角距差不多。

雖然光無法逃離黑洞本身，但每一個黑洞周圍都有一種邊界，稱為視界，視界之內逃獄速度超過光速，當氣體被黑洞吞噬在視界外堆積時，會被加熱到幾千億度，在整個星系中釋放出巨大的輻射。EHT不同於以往觀星儀器，2017年4月5日、6日、10日和11日，分佈在夏威夷、亞利桑那、西班牙、墨西哥、智利和南極的8架射電望遠鏡在4個不同的日子裡聚焦於M87，它們像一面巨大鏡子的碎片一樣編織在一起，形成了一個虛擬的天文臺，直徑約1.2萬公里，大致相當於地球的直徑，這些望遠鏡收集極高頻（EHF）無線電波，波長為1.3毫米。這臺望遠鏡並不是在觀察黑洞本身，而是在觀察黑洞捕捉到的物質，即一個由熱氣體和等離子體組成的發光盤，也就是所謂的吸積盤，最終得到了M87黑洞的輪廓。

但是，另一個主要EHT源人馬座A*由於更活躍，得到的精確測量質量比M87*黑洞小三個數量級，動態時間尺度為分鐘而不是幾天。因此研究團隊強調在接下來的十年裡，事件視界望遠鏡項目希望合作建立了一個全球VLBI陣列，那時可以達到成像人馬座A *黑洞輪廓所需的角分辨率、靈敏度和基線覆蓋率。

科學閏土

眾所周知，我們的太陽系是處在銀河系的一條懸臂上，在銀河系的中心也就是銀心存在著人馬座A*超大質量的黑洞，並且它距離地球有2.6萬光年的距離，相比M87星系的黑洞（距離5000多萬光年）確實要近很多了，那為什麼我們不拍人馬座A*黑洞呢。這個問題事實上很容易理解。

M87黑洞雖然距離我們很遠，但是相比人馬座A*來說質量為太陽的65億倍，而人馬座A*只有太陽的420萬倍。而且黑洞不像太陽那樣會發光。觀測黑洞只能通過黑洞周圍的吸積盤來判斷黑洞的存在，由於M87的黑洞是超大質量的黑洞，吸積盤會更亮，體積更大，所以容易觀測。

舉個最簡單的例子，月亮比太陽離地球最近，但是太陽的亮度非常大，而且質量也大。並且兩者的視覺大小差不多，當然是選擇更易觀測的來拍了，而不是盲目的選擇最近的。

所以科學家才選擇了M87的黑洞所謂研究的對象，這也是很合理的。

神秘大百科

為什麼科學家不去拍離地球最近的人馬座A*黑洞，而去拍更遠的M87黑洞？

其實在公佈以前，筆者一直都認為事件視界望遠鏡拍攝的是銀心Sgr A*的黑洞，在直播時反覆確認了幾次才終於確定是M87*黑洞而不是Sgr A*黑洞！但過後仔細分析下，M87*黑洞似乎也合情合理！那麼M87*有什麼理由能夠排在銀心黑洞Sgr A*黑洞之前呢？也許有如下幾個理由：

一、銀心黑洞Sgr A*位於人馬座核心區

“不識廬山真面目，只緣身在此山中”，同為銀河系的成員，近距離觀測是非常方便的，因為“地利”，距離比較近！但銀心位於2.6萬光年以外，並且銀盤面上塵埃帶的遮擋，這使得觀測銀心的代價是比較困難的！請不要以為上圖那些暗影是銀河系的空白地帶，而是塵埃帶遮擋後猶如裂隙一般存在的銀河！

即使是地球一樣大口徑的干涉陣列，也要考慮下銀盤面塵埃帶的對於亞毫米波段的遮擋影響！

二、M87*黑洞的視角和銀心Sgr A*黑洞的視角相差並不大

也許各位吃瓜群眾搞不明白了，這個位於室女座的橢圓星系中央M87*黑洞，距離地球達到了5500萬光年，而銀心Sgr A*黑洞距離地球在2.6萬光年，視角真的差不多嗎？

1.M87*黑洞：質量是太陽的65億倍，距離5500萬光年，視界直徑約390億千米；

2.Sgr

A*黑洞：質量是太陽的400萬倍，距離2.6萬光年，視界直徑約2400萬千米；

那麼兩者的視角各是多少呢？由於M87*黑洞龐大的吸積盤，兩者視角其實相差無幾（根據測栓，銀心黑洞的視角只比M87*大20%）！

三、M87*正處在活躍期

M87*比銀心黑洞Sgr A*要活躍得多，每天吞噬的量相當於地球的90倍！對於事件視界望遠鏡來說，M87*無論在哪個波段都要更明亮一些，先對準明顯的目標拍攝，似乎符合常理！

M87星系中央的噴流

因此在2017年4月5日開始，事件視界望遠鏡對M87*進行了為期5天的拍攝（有效觀測日），獲得超過7PB的數據，裝載著這些數據的硬盤彙總到美國馬薩諸塞州的MIT海斯塔克天文臺以及德國波恩的馬克斯普朗克電波天文研究所利用超級計算機進行處理

各位不要以為這些硬盤就是全部的數據，只是所有硬盤的5%都不到！所以超級計算機用2年的時間來處理這些數據其實也沒什麼好驚訝的！

另外文末要提下，據EHT項目中國合作組的成員袁業飛介紹，其實M87*黑洞是“插隊”了，簡單的說就是銀心Sgr A*黑洞的早已拍攝，當然什麼原因未能及時和大家見面我們不得而知，也許是M87*被亞毫米波射電望遠鏡取得的資料更完整一些，銀心黑洞後期仍然需要補充一些數據等等！更直白的說，上面三個理由都是廢話！因為M87*和銀心Sgr A*是EHT的極限分辨率所“能看”到的兩個黑洞，其它則並不能達到理想的分辨率！因此不是這個先展示給各位，就是另一個展示，當然無論是哪個，能早一天看到比什麼都強！最後希望銀心黑洞早日展現給大家！