热点问答｜我们为何要观测黑洞

新华社北京1月22日电 热点问答｜我们为何要观测黑洞

新华社记者葛晨

近日，英国剑桥大学研究人员领衔的国际团队利用美国詹姆斯·韦布空间望远镜观测到的迄今最古老黑洞，可追溯到宇宙大爆炸后约4亿年，其质量高达太阳的几百万倍。在宇宙诞生之初就存在质量如此巨大的黑洞，这一发现对现有黑洞理论形成挑战。

多年来，科学家利用多种大型设备探测黑洞这一“时空深渊”，韦布空间望远镜在其中发挥了重要作用。

我们为何要观测黑洞

科学界普遍认为，黑洞是宇宙中最神秘的天体，几乎所有质量都集中在最中心的“奇点”处，其周围形成一个强大的引力场，在一定范围之内，连光线都无法逃脱。这意味着黑洞无法在真正意义上被“看到”，但周围物质被吸入黑洞时会释放强烈的电磁波，由此暴露黑洞所在。

探测和研究黑洞有助于人们了解宇宙中最早期巨型黑洞的成长机制、宇宙引力波现象的产生和变化规律，以及宇宙最初形成及其基本物理规律。

美国亚利桑那大学天文学副教授丹尼尔·马罗内认为，黑洞之所以重要，是因为它在长时间尺度上会影响宇宙演化。但人们并没有完全了解黑洞如何吞噬物质，然后又将其中一部分以接近光速向外喷射，影响其所在星系。黑洞照片不仅为广义相对论提供新信息，也有助于了解黑洞喷流的形成过程。

美国哈佛大学物理学教授安德鲁·施特罗明格先前接受新华社记者采访时说，黑洞是一个非常活跃的地方，那里发生了很多事。尤其当人们将量子力学效应考虑在内时，许多问题依然令人困惑。

我们怎样观测黑洞

根据理论推算，银河系中恒星量级的黑洞就有上千万个。天文学界认为，许多星系中央都有超大质量黑洞。

尽管黑洞无法直接观测，但人们可以通过黑洞与外界的相互作用来确认黑洞的存在。此外，由于黑洞的引力会吸积物质到它附近，周围通常都会环绕一个吸积盘。吸积盘非常热且亮，与黑洞对比明显，可以通过吸积盘观测这类黑洞。

人们通常将多种大型设备组合使用来观测黑洞。

2019年，人类首次拍下一个黑洞的照片。这个黑洞位于室女座一个巨椭圆星系M87的中心，距离地球5500万光年，质量约为太阳的65亿倍。照片展示了一个中心为黑色的明亮环状结构，看上去有点像甜甜圈，其黑色部分是黑洞投下的“阴影”，明亮部分是绕黑洞高速旋转的吸积盘。

为了这张照片，全球超过200名科学家利用分布在四大洲的8个观测点组成一个口径如地球直径大小的虚拟望远镜。一些观测点条件非常苛刻，比如位于夏威夷和墨西哥的火山、西班牙的内华达山脉、智利的阿塔卡马沙漠、南极点等。

还有一些黑洞被称为休眠黑洞，即不发射高强度X射线的黑洞。它们很少与周围环境相互作用，特别难以发现。

2022年7月，比利时鲁汶大学天文学研究所研究人员领衔团队耗时6年，利用欧洲南方天文台甚大望远镜上搭载的“光纤大阵列多目标光谱仪”，用“大海捞针”的方式发现名为VFTS 243的“黑洞双星系统”，其中的黑洞是银河系外第一个被明确探测到的“休眠”的恒星级黑洞。

韦布空间望远镜有何特点

陆续发现古老的巨大黑洞、观测到伽马射线暴揭示稀有重元素来源、发现“宇宙之网”的古老丝状结构……韦布空间望远镜作为哈勃空间望远镜的“继任者”，是目前人类观测宇宙最好的望远镜之一。

这台空间望远镜2021年12月25日从法属圭亚那库鲁航天中心发射升空，轨道位于日地系统第二拉格朗日点附近，距离地球约150万千米。这是美国航天局送入太空的最大、最复杂的空间科学望远镜，将在轨部署运用到极致，堪称“技术奇迹”。从概念诞生到最终发射，项目历时20余年，耗资高达100亿美元。

韦布空间望远镜主要在红外波段观测，由光学和科学仪器、遮阳板以及被称为“航天器总线”的支持系统等部分组成，总重量6.2吨，主镜直径达6.5米。由于体形太过巨大，韦布空间望远镜发射时以折叠状态装入阿丽亚娜5型火箭整流罩内，各部件逐步在太空展开。

韦布空间望远镜主要有4个任务：寻找135亿多年前的宇宙中诞生的第一批星系；研究星系演化的各阶段；观察恒星及行星系统的形成；测定包括太阳系行星系统在内的行星系统的物理、化学性质，并研究其他行星系统存在生命的可能性。