科學(xué)家從2013年開始為黑洞的視界“量身定做”圖譜，他們?cè)诳茖W(xué)史上首次為黑洞的影響區(qū)域繪制圖像，目的是用電子圖片的形式顯示宇宙黑洞的視域，進(jìn)一步驗(yàn)證愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論。歐洲研究委員會(huì)（ERC）為項(xiàng)目撥付了1600萬(wàn)歐元的經(jīng)費(fèi)，一支得到資助的歐洲天體物理學(xué)家團(tuán)隊(duì)確立了項(xiàng)目研究的使命，為黑洞視界第一次繪制精確的圖片，測(cè)試現(xiàn)有的各種版本的引力理論，其中包括愛(ài)因斯坦的時(shí)空彎曲理論。歐洲研究委員會(huì)依照協(xié)議條款撥出了經(jīng)費(fèi)，撥出了迄今最大一筆和富有競(jìng)爭(zhēng)性的款項(xiàng)。

科學(xué)家以測(cè)量手段標(biāo)識(shí)銀河系中心的黑洞或銀河系中心黑洞的視界在空間留下的黑影，通過(guò)尋找黑洞附近的射電脈沖星，科學(xué)家將測(cè)量數(shù)據(jù)輸入到高性能計(jì)算機(jī)，通過(guò)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)模擬黑洞周圍的光和物質(zhì)的行為，它們的行為好似引力理論預(yù)測(cè)的情形。天體物理學(xué)家團(tuán)隊(duì)主要由三位歐洲的科學(xué)家?guī)ьI(lǐng)，荷蘭拉德伯德大學(xué)的內(nèi)梅亨校區(qū)和阿斯特朗校區(qū)的海諾·法爾克，馬克斯·普朗克射電天文學(xué)研究所的邁克爾·克萊默，法蘭克福的歌德大學(xué)和馬克斯·普朗克引力物理學(xué)研究所的盧西亞諾·瑞佐拉組成了“三劍客”，他們帶領(lǐng)了一支國(guó)際化的科學(xué)團(tuán)隊(duì)，對(duì)全球范圍的多座射電望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行了聯(lián)網(wǎng)，聯(lián)合探測(cè)銀河系的中心區(qū)域。

以共同協(xié)作條款為依據(jù)，歐洲研究委員會(huì)授權(quán)了研究經(jīng)費(fèi)的使用，科學(xué)項(xiàng)目的卓越性決定了經(jīng)費(fèi)申請(qǐng)的通過(guò)與否，決策過(guò)程體現(xiàn)了謹(jǐn)慎、繁復(fù)和高度競(jìng)爭(zhēng)的特點(diǎn)，最高的撥款額為1500萬(wàn)歐元，研究委員會(huì)要求科學(xué)團(tuán)隊(duì)由2到4位主要的研究人員擔(dān)任領(lǐng)隊(duì)，研究過(guò)程體現(xiàn)協(xié)同和合作的精神。目前，總共有449個(gè)研究項(xiàng)目參加評(píng)選，其中的13個(gè)項(xiàng)目通過(guò)了評(píng)審，得到了歐洲研究委員會(huì)的經(jīng)費(fèi)支持，項(xiàng)目評(píng)審的通過(guò)率不到3%，參加評(píng)審的科研項(xiàng)目幾乎涉及到科學(xué)的所有領(lǐng)域，歐洲研究委員會(huì)首次將一個(gè)最高的撥款項(xiàng)目授予了從事天體物理學(xué)研究的科學(xué)團(tuán)隊(duì)。

銀心是一個(gè)發(fā)出了神秘射電源的區(qū)域，天文學(xué)家將銀心的射電源稱為“人馬座A源”，他們現(xiàn)在相信在銀河系中心寄居了一個(gè)超大質(zhì)量的黑洞。人們對(duì)黑洞的存在和特性有很多的疑問(wèn)，令人難以捉摸的黑洞在天體物理學(xué)上有舉足輕重的地位，黑洞天體有超強(qiáng)的引力場(chǎng)，甚至光也無(wú)法逃脫引力的“魔掌”，視界劃定了黑洞強(qiáng)大引力的范圍，黑洞視界是它的引力邊緣地帶，光線只能進(jìn)，不能出。

科學(xué)團(tuán)隊(duì)的主要使命是繪制一幅黑洞視界的圖像，在拉德伯德大學(xué)的內(nèi)梅亨校區(qū)和阿斯特朗校區(qū)從事射電天文學(xué)研究的海諾·法爾克教授解釋說(shuō)，目前的大多數(shù)天體物理學(xué)家相信黑洞的存在，然而，沒(méi)有一位物理學(xué)家真正看到了黑洞的視界，現(xiàn)在的觀測(cè)技術(shù)取得了巨大的進(jìn)步，一旦掌握了足夠的技術(shù)手段，科學(xué)家可以對(duì)黑洞視界進(jìn)行直接的成像。第一幅黑洞圖片將直接證實(shí)黑洞的存在，科學(xué)數(shù)據(jù)將驗(yàn)證理論的預(yù)期，證實(shí)了黑洞的視界，也就證實(shí)了黑洞的本身。

幾乎不能使用光學(xué)照相機(jī)捕獲黑洞“黑乎乎”的圖像，銀河系的“心臟”是科學(xué)家探測(cè)黑洞的主要區(qū)域，從影響銀河系的中心區(qū)域發(fā)出了神秘的射電信號(hào)源，天文學(xué)家稱之為人馬座A源。銀河系中心的黑洞質(zhì)量為太陽(yáng)的大約400萬(wàn)倍，在超大質(zhì)量銀心黑洞的周圍，氣態(tài)物質(zhì)被吸進(jìn)了黑洞視界，被吸入的氣體物質(zhì)在消失之前發(fā)出了強(qiáng)烈的射電輻射，射電波明亮的光線和黑洞視界的黑暗陰影形成了明與暗的強(qiáng)烈對(duì)比。在銀河系中心和地球之間有巨大的距離，從地球上觀看銀心黑洞的視界時(shí)，它的視覺(jué)范圍變得十分微小，好似同從地球觀看月球上的一個(gè)蘋果。

世界各地的高頻率射電望遠(yuǎn)鏡聯(lián)合成網(wǎng)，這種增強(qiáng)技術(shù)提高了測(cè)量的精確度，多地點(diǎn)望遠(yuǎn)鏡的聯(lián)合技術(shù)被物理學(xué)家稱為超長(zhǎng)基線干涉測(cè)量法或VLBI，可以使用VLBI技術(shù)測(cè)量微小天體的特征信息。法爾克在15年前第一次提出了建議，使用射電望遠(yuǎn)鏡的聯(lián)網(wǎng)測(cè)量技術(shù)，現(xiàn)在，法爾克的建議得到了科學(xué)界的積極響應(yīng)，國(guó)際性的射電望遠(yuǎn)鏡網(wǎng)絡(luò)逐漸形成。在國(guó)際科學(xué)界和歐洲研究委員會(huì)大額資金的幫助下，科學(xué)團(tuán)隊(duì)希望將銀河系中心的黑洞視界呈現(xiàn)在世人的眼前，黑洞的“臉譜”將出現(xiàn)在科學(xué)的舞臺(tái)，科學(xué)進(jìn)步之花將在不遠(yuǎn)的將來(lái)綻放。

除了收集銀河系中心發(fā)出的射電信號(hào)，科學(xué)團(tuán)隊(duì)使用了同樣的射電望遠(yuǎn)鏡，收集和檢測(cè)在銀心超大質(zhì)量黑洞的周圍發(fā)出的脈沖星信號(hào)。脈沖星是快速旋轉(zhuǎn)的中子星，獨(dú)特功能使得脈沖星成為了宇宙的“時(shí)鐘”，自然時(shí)鐘有高度的準(zhǔn)確性。位于波恩的馬克斯·普朗克研究所之射電天文學(xué)所的邁克爾·克萊默主任解釋說(shuō)，黑洞附近的脈沖星有極高的研究?jī)r(jià)值，應(yīng)用它們的物理特征，科學(xué)家可以確定黑洞的引力作用和由此引起的時(shí)空變形，測(cè)量的準(zhǔn)確性超乎想象。銀河系的脈沖星無(wú)處不在，然而，脈沖星的普遍性不能確保天文學(xué)家在銀心區(qū)域輕易地發(fā)現(xiàn)它們的蹤跡。

幾十年過(guò)去了，在銀心尋找脈沖星的努力取得了突破性的進(jìn)展，克萊默和科學(xué)同事最近在人馬座A的附近發(fā)現(xiàn)了第一顆射電脈沖星，發(fā)現(xiàn)的成果填補(bǔ)了一項(xiàng)空白。在銀心附近可能有更多的脈沖星，科學(xué)團(tuán)隊(duì)將全力以赴地尋找它們蹤跡。科學(xué)家相信銀河系中心確實(shí)有一個(gè)超大質(zhì)量的黑洞，但別的物體也可能表現(xiàn)了“黑洞”行為，關(guān)鍵是找到準(zhǔn)確而合理的答案，克萊默合科學(xué)團(tuán)隊(duì)的成員收集了所有從黑洞視界的陰影和在黑洞附近區(qū)域活動(dòng)的脈沖星和恒星發(fā)出的射電信息，對(duì)在人馬座A視界附近活動(dòng)的光和物質(zhì)的行為進(jìn)行了計(jì)算機(jī)信息模擬，高性能計(jì)算機(jī)保障了模擬的細(xì)節(jié)性，他們對(duì)比了數(shù)據(jù)分析的結(jié)果和理論的預(yù)期。

位于法蘭克福的歌德大學(xué)的天體物理學(xué)家盧西亞諾·瑞佐拉教授帶領(lǐng)了一支研究引力波模型的科學(xué)小組，位于波茨坦的馬克斯·普朗克研究所之引力物理學(xué)所則對(duì)引力波模型研究進(jìn)行了指導(dǎo)。最近幾年，引力波模型科學(xué)小組在計(jì)算機(jī)和天體物理學(xué)的跨學(xué)科領(lǐng)域取得了重要進(jìn)展，現(xiàn)在探索黑洞視界和附近區(qū)域光和物質(zhì)特征的技術(shù)條件已經(jīng)成熟?？茖W(xué)團(tuán)隊(duì)十分精確地計(jì)算了由黑洞巨大引力場(chǎng)引起的周圍時(shí)空的彎曲現(xiàn)象，確定了黑洞視界附近光和物質(zhì)的傳遞方式。

愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論是目前最好的引力理論，但不是唯一的引力理論，科學(xué)團(tuán)隊(duì)使用觀測(cè)數(shù)據(jù)證明了黑洞的存在，也證明了愛(ài)因斯坦的引力理論是目前理論的最好表述。黑洞的存在和不存在是天體物理學(xué)家關(guān)注的科學(xué)問(wèn)題之一，過(guò)去對(duì)黑洞引力場(chǎng)的檢驗(yàn)停留在科學(xué)幻想階段，只能從理論上解釋引力機(jī)制的形成，現(xiàn)在的檢測(cè)技術(shù)不同于以往，計(jì)算機(jī)模擬和射電天文技術(shù)出現(xiàn)了突破，可能從觀測(cè)技術(shù)上檢驗(yàn)理論的預(yù)測(cè)，黑洞視界的成像技術(shù)標(biāo)志了現(xiàn)代天文學(xué)的一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)。

（編譯：2021-12-26）