黑洞是近年科學(xué)領(lǐng)域的熱門話題，2020年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)?lì)C發(fā)給了三位進(jìn)行黑洞相關(guān)研究的科學(xué)家。除此之外，人類首張黑洞照片也是學(xué)術(shù)界的大明星。第三屆世界頂尖科學(xué)家論壇科學(xué)前沿話題講堂，邀請(qǐng)到拍下這張照片的事件視界望遠(yuǎn)鏡（EHT）項(xiàng)目負(fù)責(zé)人謝普德?多爾曼，介紹黑洞研究的最新進(jìn)展。

謝普德?多爾曼(Sheperd Doeleman)，美國(guó)天體物理學(xué)家，哈佛大學(xué)-史密森天體物理學(xué)中心的資深研究員，事件視界望遠(yuǎn)鏡項(xiàng)目的負(fù)責(zé)人。

他因其“用相當(dāng)于地球大小的望遠(yuǎn)鏡陣列，為人類拍下首張超大質(zhì)量黑洞的照片”而獲得2020年度基礎(chǔ)物理科學(xué)突破獎(jiǎng)。

多爾曼指出，人類如今生活在一個(gè)研究黑洞和相關(guān)物理學(xué)的黃金時(shí)代。而EHT項(xiàng)目的主要目的就是為了捕捉一張黑洞圖像。

通過激光干涉引力波天文臺(tái)（LIGO）取得的引力波探測(cè)數(shù)據(jù)，科學(xué)家們?cè)谟^察黑洞周圍恒星軌道的同時(shí)測(cè)算了黑洞的質(zhì)量。而EHT項(xiàng)目則讓科學(xué)家們對(duì)黑洞的事件視界邊緣有了更為深刻的了解，通過數(shù)據(jù)檢驗(yàn)其是否能夠最大程度地接近其預(yù)言的黑洞，來驗(yàn)證愛因斯坦的廣義相對(duì)論。

在驗(yàn)證廣義相對(duì)論的基礎(chǔ)上，黑洞數(shù)據(jù)還能夠在實(shí)驗(yàn)室里被用作極端實(shí)驗(yàn)，優(yōu)化廣義相對(duì)論的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，同時(shí)了解黑洞是如何向星系中心提供能量，形成人類所看到的壯觀景象。

事件視界望遠(yuǎn)鏡的主要目標(biāo)之一，是觀察黑洞在夜空中產(chǎn)生的活躍現(xiàn)象。多爾曼通過運(yùn)用事件視界望遠(yuǎn)鏡觀察的兩個(gè)天體，以及相關(guān)的圖像對(duì)此進(jìn)行更為詳細(xì)的說明。

第一個(gè)天體是人馬座A*。今年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的獲獎(jiǎng)團(tuán)隊(duì)觀察了圍繞人馬座A*運(yùn)行的恒星軌道，通過這條軌道可以測(cè)算出這個(gè)物體的質(zhì)量相當(dāng)于400萬(wàn)個(gè)太陽(yáng)。這個(gè)天體與地球的距離相當(dāng)于地球與銀河系中心之間的距離，這是迄今為止科學(xué)家所見過最好的，最能表明銀河系中心，甚至是其他星系存在超大質(zhì)量黑洞的證據(jù)。

第二個(gè)天體是M87星系。天文學(xué)家希伯?柯蒂斯于1918年發(fā)現(xiàn)這個(gè)星系的物質(zhì)噴流。宇宙中幾乎沒有其他的能量源可以解釋這些在大約10%的星系中都能看到的相對(duì)論性噴流，只有通過旋轉(zhuǎn)超大質(zhì)量黑洞所產(chǎn)生的引力吸積才能提供這么大的能量。

多爾曼通過全球毫米波特長(zhǎng)基線陣列圖——目前噴流中心區(qū)域顯示度最好的圖像，來解釋“黑洞陰影”的光環(huán)?！昂诙搓幱啊敝傅氖菑妮^遠(yuǎn)距離觀察黑洞時(shí)，多條光線在黑洞周圍發(fā)生彎曲的現(xiàn)象。如果能觀測(cè)記錄到圍繞超質(zhì)量黑洞周圍的這圈可視物質(zhì)，就能立馬驗(yàn)證愛因斯坦的理論，還能測(cè)量黑洞本身的質(zhì)量，證實(shí)科學(xué)家對(duì)黑洞的其他信息作出的估算。

在研究過程中，多爾曼團(tuán)隊(duì)面臨的重大挑戰(zhàn)之一，就是捕捉黑洞事件視界。只有1mm的波長(zhǎng)可以跨越重重困難，從事件視界抵達(dá)到望遠(yuǎn)鏡。觀測(cè)黑洞所需的角分辨率大約是20微角秒，小于黑洞陰影部分的數(shù)值。但由于可見的角直徑微乎其微，傳統(tǒng)望遠(yuǎn)鏡的分辨率無法做到這一點(diǎn)，因此重新設(shè)計(jì)干涉儀成為了多爾曼團(tuán)隊(duì)研究的重點(diǎn)。

為了重新設(shè)計(jì)干涉儀，多爾曼團(tuán)隊(duì)運(yùn)用和光學(xué)望遠(yuǎn)鏡運(yùn)作原理類似的甚長(zhǎng)基線干涉測(cè)量技術(shù)，通過將多個(gè)分布于世界各地的望遠(yuǎn)鏡組成一個(gè)大型虛擬望遠(yuǎn)鏡面網(wǎng)絡(luò)，將清晰的信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)，多爾曼團(tuán)隊(duì)獲得了和預(yù)期基本一致的數(shù)據(jù)，再一次驗(yàn)證了原本的假設(shè)。

在提到EHT項(xiàng)目未來的推進(jìn)情況時(shí)，多爾曼表示，研究團(tuán)隊(duì)會(huì)在目前使用的觀測(cè)點(diǎn)建造望遠(yuǎn)鏡并改進(jìn)陣列，爭(zhēng)取再現(xiàn)噴流噴射區(qū)域的所有細(xì)節(jié)。在下一階段的EHT項(xiàng)目中，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)觀測(cè)人馬座A*的演化過程，并針對(duì)黑洞是如何噴射高能噴流這個(gè)疑問給出答案。

EHT是一個(gè)國(guó)際大科學(xué)項(xiàng)目，其成員遍布全球各地。多爾曼特別向來自不同國(guó)家的團(tuán)隊(duì)成員致謝，并強(qiáng)調(diào)了全球合作解決共同面臨難題的重要性。