活躍星系中心的超大質(zhì)量黑洞，是宇宙中最具破壞性且最神秘的天體之一。它們引力巨大，通過吸積盤“吃進(jìn)”大量物質(zhì)，同時也將物質(zhì)以接近光速的高速“吐出”到數(shù)千光年以外。然而，超大質(zhì)量黑洞、吸積盤和噴流之間的能量傳輸機(jī)制是怎樣的？這是一個困擾了物理學(xué)家和天文學(xué)家一個多世紀(jì)的難題。

中國科學(xué)院上海天文臺研究員、“高分辨率射電天體物理”課題組組長路如森和他的同事們就是探究這些難題的科研工作者。

2018年回國加入上海天文臺的路如森，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、偏振圖像以及銀河系中心黑洞的首張照片外，去年4月他還牽頭國際團(tuán)隊拍攝了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)時國際上黑洞成像研究這個領(lǐng)域已有較多積累，但國內(nèi)的基礎(chǔ)還相對薄弱?；貒彩怯X得我應(yīng)該還能在這個領(lǐng)域做些什么。”在近日接受第一財經(jīng)專訪時，路如森說道。

除了給M87黑洞、銀河系中心黑洞拍照片，路如森和同事們還在計劃拍攝其他黑洞照片，以及拍“黑洞彩色照”、黑洞“電影”。“我們看到的黑洞照片，它周圍的結(jié)構(gòu)會隨著時間變化嗎？會隨著（觀測）頻率變化嗎？有時候為了方便介紹，我們也會用顏色來描述，這個顏色就代表了觀測的頻率。這是我們未來主要的研究方向，也是正在做的事情。”

研究黑洞有哪些意義

談起宇宙中的黑洞，人們第一感覺就是距離我們的生活很遙遠(yuǎn)，實際上并非如此。

以往的天文觀測已經(jīng)提供了許多關(guān)于黑洞存在的間接證據(jù)，并且人們也熟知在離黑洞相對較遠(yuǎn)的距離，有很多現(xiàn)象已經(jīng)需要運(yùn)用廣義相對論效應(yīng)來解釋。

路如森告訴記者，給黑洞拍攝照片最終的目的，就是驗證愛因斯坦的廣義相對論。“只有在這些極端的情況下去驗證，你才可能需要新的理論。這些新的理論，對我們未來的生活非常重要。”路如森舉例道，我們每天在用的手機(jī)導(dǎo)航，如果廣義相對論不正確的話，就沒法實現(xiàn)導(dǎo)航，但是這種隱藏在生活日常方方面面的功能大家平時是注意不到的。

而在黑洞照片成果的背后，最重要的一環(huán)莫過于“洗照片”。

去年，他和團(tuán)隊發(fā)表在《自然》上的新成果，就首次將M87黑洞的陰影以及其周圍吸積流和噴流呈現(xiàn)在同一張照片之中，而這張全景圖其實在2018年4月14日至15日就已經(jīng)拍好。在初步處理數(shù)據(jù)后，他們在數(shù)據(jù)中注意到了前所未有的新特征，這給團(tuán)隊成員很大激勵。經(jīng)過了復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理和成圖過程，及反復(fù)驗證和確認(rèn)結(jié)果，最終在五年后這張新圖像得以呈現(xiàn)。

他解釋，運(yùn)用VLBI（甚長基線干涉測量）觀測黑洞，實際上還是比較復(fù)雜的，拍照的時間可能就5個小時甚至是10個小時。但是“洗照片”的過程，包括后邊的理論解釋，花的時間就要多得多，這就是為什么他們往往會花數(shù)年的時間才能得到這樣一張照片。

不過，當(dāng)科學(xué)研究進(jìn)展到一定程度，業(yè)界達(dá)成一致共識并非易事，尤其是在需要國際合作的黑洞領(lǐng)域。

以上述《自然》中的照片為例，就是將16臺射電望遠(yuǎn)鏡連起來，組成一臺口徑等效于地球直徑的望遠(yuǎn)鏡。這一由中國學(xué)者領(lǐng)銜的國際合作項目，成員來自17個國家和地區(qū)的64家研究單位，共計121位。

“我們的工作往往都涉及國際合作，一旦涉及國際最前沿的東西，合作就沒有一般的常規(guī)合作那么順利，這個過程比較煎熬。”當(dāng)研究結(jié)果受到國外學(xué)者質(zhì)疑時，路如森與合作者就會一遍遍地檢查數(shù)據(jù)分析結(jié)果，開發(fā)新算法去解決科研難題，“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)。”

路如森說，關(guān)于M87黑洞研究的下一個目標(biāo)就是與EHT（事件視界望遠(yuǎn)鏡Event Horizon Telescope）一起拍攝“彩色黑洞”。他解釋，將拍攝更清晰的3.5毫米照片，結(jié)合未來EHT拍攝更清晰的1.3毫米照片，未來下一代EHT拍攝0.8毫米照片，以及在更遙遠(yuǎn)的未來空間VLBI拍攝更短波長的照片，可以得到黑洞的“彩色照片”。

推進(jìn)建設(shè)毫米波望遠(yuǎn)鏡

不論是探月工程還是黑洞照片，VLBI技術(shù)都發(fā)揮著重要作用。

20世紀(jì)60年代中后期，為了進(jìn)一步提高射電天文觀測的本領(lǐng)，射電天文學(xué)家利用當(dāng)時高穩(wěn)定原子頻標(biāo)技術(shù)和高速磁記錄技術(shù)的發(fā)展，在傳統(tǒng)的連線干涉儀基礎(chǔ)上，發(fā)展出以“獨(dú)立本振”和“磁介質(zhì)記錄”為特點(diǎn)的VLBI技術(shù)。1967年美國Broten等人第一次得到了VLBI干涉條紋，開創(chuàng)了射電天文學(xué)的一個新領(lǐng)域。

在葉叔華院士的帶領(lǐng)下，上海天文臺建立了我國第一臺25米口徑的射電望遠(yuǎn)鏡，開啟了我國在射電干涉測量技術(shù)的發(fā)展之路。目前，上海天文臺已推動實施我國毫米波VLBI實驗系統(tǒng)建設(shè)，同時提出并積極推動在西部地區(qū)建設(shè)亞毫米波望遠(yuǎn)鏡及陣列并發(fā)展相關(guān)觀測設(shè)施。

而給黑洞拍彩色照片和電影，都需要不同的觀測波長。

在位于上海佘山的天馬望遠(yuǎn)鏡園區(qū)，不僅有一座口徑達(dá)65米的天馬射電望遠(yuǎn)鏡，還有一個個頭較小的毫米波望遠(yuǎn)鏡。

路如森告訴記者，觀測波長越短的射電望遠(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，這對望遠(yuǎn)鏡的制造工藝和工作環(huán)境都提出了非?？量痰囊?。“新建設(shè)的望遠(yuǎn)鏡將能夠探測更弱的信號，這樣天文學(xué)家們就有望觀測到更多黑洞圖像，同時也會發(fā)現(xiàn)更多的雙黑洞。”

他進(jìn)一步解釋，望遠(yuǎn)鏡的波長越短頻率就越高，分辨本領(lǐng)就提升了。上海天文臺也提出建設(shè)國內(nèi)的高頻VLBI陣列，在天馬園區(qū)里建設(shè)了毫米波望遠(yuǎn)鏡作為實驗型號。“現(xiàn)在國際上一個主流的發(fā)展趨勢就是在發(fā)展高頻VLBI技術(shù)，也希望能有社會各界的力量來關(guān)注和支持我們毫米波望遠(yuǎn)鏡的建設(shè)。”