從2019年4月全球首張黑洞照片發(fā)布至今，黑洞研究的進(jìn)展一直在持續(xù)，從黑洞全景圖、再到證明自旋存在。

　　科學(xué)家們對(duì)黑洞的探索并沒(méi)有結(jié)束，“彩色黑洞”、“黑洞小視頻”也成為了科學(xué)家們的下一步的目標(biāo)。

　　在拍攝黑洞首張照片的功臣——全球合作、數(shù)年準(zhǔn)備的事件視界望遠(yuǎn)鏡(EHT)項(xiàng)目中，有國(guó)內(nèi)16位學(xué)者參與。作為一個(gè)以直接觀測(cè)星系中心超大質(zhì)量黑洞在事件視界尺度上的結(jié)構(gòu)為主要目標(biāo)的國(guó)際合作項(xiàng)目，EHT的科研目標(biāo)不僅在于證明黑洞的存在，更要了解更多黑洞相關(guān)的物理性質(zhì)，以及氣體被吞噬的過(guò)程。

　　其中，EHT合作組織中國(guó)協(xié)調(diào)人、中國(guó)科學(xué)院上海天文臺(tái)臺(tái)長(zhǎng)沉志強(qiáng)研究員，路如森研究員，江悟副研究員，趙杉杉助理研究員都全程參與其中。

　　沉志強(qiáng)研究員告訴第一財(cái)經(jīng)：“全球都在研究同一個(gè)黑洞，就需要我們做出與別人不一樣的東西，有自己的開(kāi)拓，不管是探索偏理論還是琢磨偏技術(shù)的東西，在國(guó)際合作中應(yīng)該發(fā)出一些‘中國(guó)聲音’�！�

　　2018年從國(guó)外回來(lái)加入上文臺(tái)的路如森，除了與合作者于2019年、2021年和2022年在M87星系中心成功捕獲人類首張黑洞照片及其偏振圖像以及銀河系中心黑洞的首張照片外，去年4月剛牽頭國(guó)際團(tuán)隊(duì)拍攝了M87黑洞的首張全景圖，首次表明了中央超大質(zhì)量黑洞附近的吸積流與噴流起源之間的聯(lián)系，相關(guān)成果發(fā)表在《自然》雜志上。

　　“當(dāng)時(shí)國(guó)際上在這個(gè)領(lǐng)域已有較多積累，但國(guó)內(nèi)的基礎(chǔ)還相對(duì)薄弱。回國(guó)時(shí)就想能幫助我們國(guó)內(nèi)黑洞成像研究推進(jìn)到國(guó)際先進(jìn)水平。”

　　但研究過(guò)程并非一帆風(fēng)順。當(dāng)結(jié)果受到國(guó)外學(xué)者質(zhì)疑時(shí)，路如森與合作者一遍遍地檢查數(shù)據(jù)分析結(jié)果，開(kāi)發(fā)新算法去解決科研難題，探尋影響結(jié)果的不確定因素，持續(xù)打磨研究結(jié)果，還要耐心解答同行們提出的各種疑問(wèn)。出成果的過(guò)程煎熬又磨人。但路如森認(rèn)為：“科學(xué)需要辯論，已有研究的‘天花板’需要打破，更要發(fā)出‘中國(guó)聲音’。這能了解他人的看法、獲得借鑒，讓研究結(jié)果更嚴(yán)謹(jǐn)�！�

　　以去年發(fā)布在《自然》雜志的黑洞全景圖為例，照片其實(shí)在2018年4月14日至15日就已經(jīng)拍好，但經(jīng)過(guò)了5年處理才發(fā)布。路如森對(duì)第一財(cái)經(jīng)解釋稱，在初步處理數(shù)據(jù)后，他們就在數(shù)據(jù)中注意到了前所未有的新特征，這給團(tuán)隊(duì)成員很大激勵(lì)。經(jīng)過(guò)了復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理和成圖過(guò)程，反復(fù)驗(yàn)證和確認(rèn)結(jié)果，最終在五年后呈現(xiàn)出這張新圖像。

　　“此前我們參與的全球首張銀河系中心黑洞照片其實(shí)也是2017年拍攝的，這中間也花了5年的時(shí)間。VLBI（甚長(zhǎng)基線干涉測(cè)量）這一塊，實(shí)際上還是比較復(fù)雜，需要花時(shí)間的，所以說(shuō)拍照的時(shí)間也就大約是幾個(gè)小時(shí)，但是‘洗照片’的過(guò)程，包括后邊的理論解釋，可能花的時(shí)間就要多得多，這是我們?yōu)槭裁匆�花�?shù)年的時(shí)間才能得到這樣一張照片的原因�！�

　　路如森說(shuō)，關(guān)于M87黑洞研究的下一步的目標(biāo)是與EHT一起拍攝“彩色黑洞”還有給黑洞拍攝“電影”。所謂“彩色”就是在不同的觀測(cè)波長(zhǎng)上給黑洞拍照。而為了在下一步給黑洞拍攝“電影”的研究中搶占科技制高點(diǎn)和更多國(guó)際學(xué)術(shù)話語(yǔ)權(quán)，就要有自己的觀測(cè)設(shè)備。為此，上文臺(tái)已推動(dòng)實(shí)施了我國(guó)毫米波VLBI實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)建設(shè)，同時(shí)提出并積極推動(dòng)在西部地區(qū)建設(shè)亞毫米波望遠(yuǎn)鏡及陣列并發(fā)展相關(guān)觀測(cè)設(shè)施。

　　中國(guó)科學(xué)院上海天文臺(tái)江悟副研究員告訴第一財(cái)經(jīng)，要從地球上看見(jiàn)黑洞，必須使用在亞毫米波段工作的望遠(yuǎn)鏡。亞毫米波天文觀測(cè)需要干燥的天氣環(huán)境和稀薄的大氣，因此火山口是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。夏威夷有兩座著名的火山——一座仍然活躍，另一座是休眠火山，成為天文觀測(cè)勝地。給黑洞拍照的事件視界望遠(yuǎn)鏡就有2臺(tái)建在這座火山口。

　　江悟是參加“事件視界望遠(yuǎn)鏡”（EHT）觀測(cè)的科研人員之一�！叭ツ抢镉^測(cè)除了高原反應(yīng)引起的氣喘和些許頭痛外，印象最深的是雖然在半夜觀測(cè)，大家都熱情高漲，工作時(shí)一絲不茍，通力合作�！苯�悟回憶道，“最大的福利莫過(guò)于，在凌晨返回基地的途中，有時(shí)還能見(jiàn)到另一個(gè)山頭的火山口正噴發(fā)著火星，同時(shí)見(jiàn)證大自然的神奇和宇宙黑洞的神奇算是都趕上了。”

　　在他看來(lái)，目前，天文學(xué)家們已經(jīng)得到兩個(gè)超大質(zhì)量黑洞的圖像。接下來(lái)是否可以看見(jiàn)兩個(gè)相互繞轉(zhuǎn)的超大質(zhì)量雙黑洞呢？根據(jù)天文學(xué)的星系并合理論，這在理論上是存在的。

　　江悟?qū)Υ撕苤�迷，也正在和同事一道努力推進(jìn)亞毫米波望遠(yuǎn)鏡的建設(shè)，特別是多頻同時(shí)接收技術(shù)的研發(fā)�！岸囝l同時(shí)接收技術(shù)是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)�！苯�悟說(shuō)，“它能夠探測(cè)更弱的信號(hào)，這樣天文學(xué)家們就有望觀測(cè)到更多黑洞圖像，同時(shí)也發(fā)現(xiàn)更多的雙黑洞。”

　　作為團(tuán)隊(duì)中最小的“90后”，中國(guó)科學(xué)院上海天文臺(tái)趙杉杉助理研究員在2017年加入了“事件視界望遠(yuǎn)鏡”（EHT）合作組，彼時(shí)她還是在讀的博士研究生。

　　從2017年至今，她親歷了M87黑洞照片和銀河系中心黑洞照片的合作研究過(guò)程，其中對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)的理論解釋是她最為熟悉的環(huán)節(jié)。“對(duì)于公眾來(lái)說(shuō)，可能看到黑洞照片就足夠了，但對(duì)于科研人員來(lái)說(shuō)，我們更關(guān)心的是黑洞照片背后的物理意義�！�

　　為了盡可能考慮到各種可能性，EHT合作組的理論工作組利用計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬生成了一個(gè)龐大的模型圖像庫(kù)，并且不斷進(jìn)行擴(kuò)充。2019年時(shí)，模型圖像庫(kù)含6萬(wàn)張圖像，到2022年時(shí)則擴(kuò)充到180萬(wàn)張圖像。趙杉杉所在的理論工作組將模型圖像庫(kù)與觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，篩選出二者符合良好的模型。

　　比如，對(duì)于銀河系中心黑洞照片，黑洞“頭頂”朝向地球的、自轉(zhuǎn)的、吸積盤(pán)順轉(zhuǎn)的模型符合更好一些。之所以需要如此龐大的圖像庫(kù)，是因?yàn)楹诙粗車�的環(huán)境非常復(fù)雜，這種復(fù)雜性導(dǎo)致很多物理參數(shù)都是不確定的，每個(gè)物理參數(shù)變動(dòng)一點(diǎn)，最后生成的模型圖像都可能大不一樣。每張模型圖像背后是大量的人力和算力。一次數(shù)值模擬需要在超級(jí)計(jì)算機(jī)上算幾周到幾個(gè)月，如果變動(dòng)參數(shù)就要重新計(jì)算。從這個(gè)角度說(shuō)，黑洞圖像的理論解釋是非�！鞍嘿F”的研究工作。

　　現(xiàn)在，趙杉杉不僅從事理論研究，還更加積極地投入到觀測(cè)和望遠(yuǎn)鏡技術(shù)領(lǐng)域中�！拔乙郧耙詾樽隹蒲芯褪亲�在電腦前推公式、寫(xiě)代碼，從來(lái)沒(méi)想過(guò)可以參與建設(shè)望遠(yuǎn)鏡。但是沉臺(tái)長(zhǎng)經(jīng)常跟我們說(shuō)一句話：‘你不做，就沒(méi)有人做了’。”

　　為了早日用上中國(guó)自己的設(shè)備給黑洞拍照，她投入完全未知的新領(lǐng)域。觀測(cè)波長(zhǎng)越短的射電望遠(yuǎn)鏡建設(shè)難度越高。大部分的射電望遠(yuǎn)鏡的工作頻段在厘米波段，而給黑洞拍照的望遠(yuǎn)鏡需要做到毫米波段，甚至亞毫米波段，這對(duì)望遠(yuǎn)鏡的制造工藝和工作環(huán)境都提出了非�？量痰囊�求。

　　為此，趙杉杉跟隨團(tuán)隊(duì)去西藏進(jìn)行考察，尋找合適的站址。“望遠(yuǎn)鏡的每個(gè)零件都要精益求精，任何一個(gè)小螺絲的松動(dòng)，都會(huì)影響到最后的結(jié)果。理論研究通常是純粹和完美的，而造望遠(yuǎn)鏡總是會(huì)出各種各樣的狀況，需要你用一種更務(wù)實(shí)的心態(tài)來(lái)應(yīng)對(duì)。”